PT85733B

PT85733B - Processo para o dimensionamento "in situ" do componente metalico de produtos ceramicos e produtos fabricados pelo mesmo

Info

Publication number: PT85733B
Application number: PT85733A
Authority: PT
Inventors: Robert Campbell Kantner; Marc Stevens Newkirk; Christopher Robin Kennedy
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1986-09-17
Filing date: 1987-09-16
Publication date: 1990-08-31
Also published as: AU7818187A; IN168941B; DK480287A; YU221688A; BG48569A3; FI874024A0; AU7206991A; FI874024A; DK480287D0; DD285774A5; EP0263051A1; CN1035270C; JPS6385043A; PL267813A1; JP2519016B2; YU46760B; JPH05170511A; YU154787A; NO873797D0; IL83808A

Description

LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP

PROCESSO PARA O DIMENSIONAMENTO IN SITU DO

COMPONENTE METÁLICO DE PRODUTOS CERÂMICOS E

PRODUTOS FABRICADOS PELO MESMO

Campo da invenção

A presente invenção refere-se a um processo para a produção de corpos cerâmicos auto-suportados, que se formam como produto da reacção de oxidação de um metal precursor e um oxidante em fase de vapor e tendo um componente metálico que inclui um segundo metal introduzido durante a formação do corpo cerâmico para transmitir determinadas propriedades ao corpo cerâmico. A presente invenção refere-se também a tais corpos cerâ micos produzidos pelo referido processo.

Fundamento da invenção e pedidos de patente do mesmo proprietário.

Nos últimos anos, tem havido um interesse crescente pelas aplicações estruturais da cerâmica, que historicamente eram satisfeitas pelos metais. 0 impulso para esse interesse tem sido a superioridade da cerâmica no que diz respeito a determinadas características, tais como a resistência à corrosão, a dureza, o módulo de elasticidade e as características refractárias, em comparação com os metais.

Os esforços actuais para a produção de produtos cerâ micos mais resistentes, mais fiáveis e mais rijos concentram-se grandemente (1) no desenvolvimento de processos aperfeiçoados de processamento para cerâmica monolítica, e (2) no desenvol (2) vimento de novas composições de material, principalmente materiais compósitos de matriz cerâmica. Uma estrutura compósita ê uma estrutura que compreende um material, um corpo ou um produto heterogéneos, feitos de dois ou de mais materiais diferentes que estão intimamente combinados a fim de obter propriedades de sejadas da estrutura compósita. Por exemplo, podem combinar-se intimamente dois materiais diferentes incluindo ou encaixando um deles numa matriz do outro. Uma estrutura compósita de matriz cerâmica compreende tipicamente uma matriz cerâmica que incorpora uma ou mais espécies diversas de materiais de enchimento, tais como materiais em partículas, fibras, barras etc.

Há várias limitações ou dificuldades conhecidas, na subs tituição dos metais pela cerâmica tais como a versatilidade de reduções à esala, a capacidade de produzir formas complexas, a satisfação das propriedades requeridas na aplicação final e os custos. Vários pedidos de patente também pendentes concedidos ao mesmo proprietário deste pedido(de aqui em diante designados por pedidos de Patente do mesmo proprietãw) , ultrapassam essas limitações ou dificuldades e proporcionam processos novos para produzir de maneira fiável materiais cerâmicos, incluindo materiais compósitos. 0 processo está descrito genericamente nos pedidos de patente americanos do mesmo proprietário, Ne . de Série 818 943, depositado em 15 de Janeiro de 1986, que é uma adição do N° . de Série 776 964, depositado em 17 de Setembro de 1985, que é uma adição do Ne. de Série 705 787, depositado em 26 de Fevereiro de 1985, o que é uma adição do pedido de patente americano, Ne. de Série 591 392, depositado em 16 de Março de 1984, todos em nome de Marc S. Newkirk et al, e intitulados “Novos materiais cerâmicos e processos para o seu fabrico”.

(3)

Estes pedidos de patente descrevem o processo para a produção de corpos cerâmicos auto-suportados, desenvolvidos como o produto da reacção de oxidação, a partir de um metal original precursor. 0 metal fundido reage com um oxidante em fase de vapor para formar um produto da reacção de oxidação e o metal migra através do produto da oxidação no sentido do oxidante, de modo a-desen volver continuamente um corpo cerâmico policristalino que pode ser produzido tendo um componente metálico interligado. Melhora-se o processo utilizando um material comtaminante sob a forma de liga, tal como se utiliza no caso da oxidação do alumínio contaminado com magnésio e silício para a reacção de oxidação no ar para formar estruturas cerâmicas de alfa-alumina. Este processo foi melhorado pela aplicação de materiais contaminantes à superfície do metal precursor, como se descreve nos pedidos de patente americanos do mesmo proprietário, N° . de Série 822 999, depositado em 27 de Janeiro de 1986, que é uma adição’ do N2 . de Série 776 965, depositado em 17 de Setembro de 1985, que é uma adição do N2 . de Série 747 788, depositado em 25 de Junho de 1985, que é uma adição do NS . de Série 747 788, depositado em 25 de Junho de 1985 e que é uma adição do Ne . de Série 632 636, depositado em 20 de Julho de 1984, todos em nome de Marc S. Newkirk et al, e intitulados Processos para a produção de materiais cerâmicos auto-suportados .

Este fenômeno de oxidação foi utilizado na produção de corpos compósitos cerâmicos como se descreve no pedido de patente americano do mesmo proprietário N°. de Série 819 397, depositado em 17 de Janeiro de 1986, que é uma adição do N2 . de Série 697 876, depositado em 4 de Fevereiro de 1985, ambos em nome de Marc. S. Newkirk et al, e intitulados Produtos (4) compósitos cerâmicos e processos .para a produção dos mesmos Es tes pedidos de patente descrevem processos novos para a produção de um produto compósito cerâmico auto-suportado, por desenvolvimento de um produto da reacção de oxidação a partir de'um metal precursor, dentro de uma massa permeável de material de enchimento, de modo a infiltrar no material de enchimento uma matriz cerâmica. 0 produto compósito resultante não possui no entanto qualquer geometria, forma ou configuração definidas ou pré-determinadas.

Um processo para a produção de corpos compósitos ce râmicos com uma geometria ou forma pré-determinadas estâ descri to no pedido de patente americano pendente e do mesmo proprietâ rio, N9 de Série 861 025, depositado em 8 de Maio de 1986. De acordo com o processo segundo este pedido de patente americano, o produto da reacção de oxidação em desenvolvimento infíltra-se num pré-molde permeável no sentido de um limite superficial definido. Descobriu-se que se consegue mais facilmente uma gran de fidelidade provendo o pré-molde com um meio de barreira, como se descreve no pedido de patente americano pendente do mesmo pro pristârio, NS de Série 861 024, depositado em 8 de Maio de 1986. Este processo produz corpos cerâmicos auto-suportados modelados, incluindo corpos compósitos cerâmicos modelados, por desenvolvi mento do produto da reacção de oxidação de um metal precursor até um meio de barreira afastado do metal para estabelecer um limite ou uma superfície. Corpos compósitos cerâmicos com uma cavidade com uma geometria interna que reproduz inver samente a forma de um molde ou modelo em positivo, estão descritos no pedido de patente americano pendente do mesmo proprie târio, N2 de Série 823 542, depositado em 27 de Janeiro de 1986 ( 5 ) e no pedido de patente americano N° de Série 896 157, deposita do em 13 de Agosto de 1986.

Os pedidos de patente do mesmo proprietário atrás referidos descrevem processos para obter artigos cerâmicos que ul trapassam algumas das limitações ou dificuldades tradicionais na produção dos produtos cerâmicos como substitutos de metais em aplicações finais.

Comum a todos esses pedidos de patente do mesmo proprietário é a descrição de formas de realização de um corpo cerâmico que compreende um produto da reacção de oxidação interli gado em uma ou mais dimensões (usualmente em três dimensões) e um ou mais constituintes ou componentes metálicos. 0 volume de metal, que tipicamente inclui constituintes não oxidados do metal original e/ou metal reduzido a partir de um oxidante ou material de enchimento depende de factores tais como a temperatura a que se forma o produto da reacção de oxidação, o tempo durante o qual se permite que a reacção da oxidação continue, a composição do metal original, a presença de materiais contaminantes, a presença de constituintes reduzidos de quaisquer mate riais oxidantes ou de enchimento, etc. Alguns dos componentes metálicos estão isolados ou encerrados, mas também uma percenta gem substancial do volume do metal está interligada e acessível, ou tornada acessível, a partir de uma superfície exterior do corpo cerâmico. Observou-se para esses corpos cerâmicos que este componente ou constituinte contendo metal(quer isolado, quer interligado) pode estar na gama de mais ou menos 1 até mais ou menos 40 por cento, em volume, e por vezes ainda mais. 0 compo nente metálico pode transmitir certas características favoráveis aos produtos cerâmicos ou melhorar a sua eficácia em mui-

, (6) tas aplicações. Por exemplo, a presença de metal na estrutura cerâmica pode ter um benefício substancial relativamente à trans missão de características de resistência à fractura de condutivi dade térmica, de elasticidade ou de condutividade eléctrica ao corpo cerâmico.

A presente invenção descreve um processo para o dimensionamento e a constituição do componente metálico (quer isoladq quer interligado) em tal cerâmica durante a formação do corpo ce râmico para transmitir uma ou mais características desejáveis ao produto cerâmico resultante. Assim, a concepção e projecto do corpo cerâmico conseguem-se vantajosamente incorporando o compo nente metálico desejado in situ em vez de a partir de uma fonte extrínseca ou mediante modelação ulterior .

As descrições completas de todos os pedidos de paten te do mesmo proprietário são aqui expressamente incorporadas por referência.

Definições

Tais como, daqui em diante, na memória descritiva e nas reivindicações anexas, os termos abaixo são definidos do seguinte modo:

Cerâmico não deve ser tomado indevidamente como limitando-se a um corpo cerâmico no sentido clássico, ou seja, no sentido em que ele consiste totalmente em materiais não metálicos é inorgânicos mas sim referindo-se a um corpo que é predominantemente cerâmico no que diz respeito tanto à composição co mo às propriedades dominantes embora o corpo contenha quantidades mínimas ou substanciais de um ou mais constituintes metálicos (isolados e/ou interligados), o mais tipicamente dentro de uma faixa que está entre mais ou menos 1 e 40%, em volume, podendo no entanto incluir ainda mais metal.

(7)

Produto da reacção de oxidação significa um ou mais metais em qualquer estado de oxidação, no qual o metal ou os metais tenham cedido electrões a um outro elemento, composto ou combinação dos mesmos, ou compartilhado electrões com os mes mos. Por conseguinte, um produto da reacção de oxidação, segundo esta definição, inclui o produto da reacção de um ou mais metais com um oxidante, tal como o oxigénio, o azoto, um halogé neo, o enxofre, o fósforo, o arsénio, o carbono, o boro, o selé nio, o telúrio e compostos ou combinações dos mesmos, por exemplo, metano, oxigénio, etano, propano,acetileno, etileno,propileno (o hidrocarboneto como fonte de carbono) e misturas, tais como o ar, H^HgO e CO/CO₂, sendo os dois últimos (ou seja, ) utilizáveis para reduzir actividade do oxi nio do meio ambiente.

Oxidante em fase de vapor , que identifica o oxidante como possuindo ou compreendendo um gâs ou vapor particulares, significa um oxidante no qual o gâs ou vapor identificado é oxidante único, predominante ou pelo menos significativo do metal precursor nas condições obtidas no ambiente oxidante utilizado. Por exemplo, embora o principal constituinte do ar seja o azoto, o oxigénio existente no ar é o único oxidante para o metal precursor pelo faqtode o oxigénio ser um oxidante significativamente mais forte que o azoto . 0 ar, portanto, enquadra-se na definição de oxidante gasoso contendo oxigénio , mas não se ajustando à definição de oxidante gasoso contendo azoto, tal como aqueles termos são utilizados aqui e nas reivindicações. Um exemplo de um oxidante gasoso contendo azoto é o gâs de formação que tipicamente contém cerca de 96 por cento, em volume, de azoto e cerca de 4 por cento, em volume, de hidrogénio.

ϊ (8)

Metal precursor refere-se ao metal que reage com o oxidante em fase de vapor para formar o produto da reacção de oxidação policristalino, e inclui esse metal como metal relativamente puro,ou um metal existente no comércio, com impurezas; e quando se menciona um metal específico como metal precursor, por exemplo o alumínio, o metal identificado deve ser tomado com esta definição em mente, a menos que , o contexto indique o contrário.

Segundo metal ou metal estranho significa qualquer metal, combinação de metais, ligas, compostos intermetâlicos apropriados ou fonte dos mesmos que esteja ou que se deseja que seja incorporado no componente metálico de um corpo ce râmico modelado, em lugar dos constituintes não oxidados do metaL precursor, ou adicionalmente ou em combinação com os mesmos, Esta definição inclui compostos intermetâlicos, ligas, soluções s6 lidas ou similares, formados entre o metal precursor e um segundo metal.

Fluxo de metal fundido significa o escoamento ou transporte do metal fundido dentro do produto da reacção de oxidação, induzido pelas condições do processo. Fluxo, como aqui é utilizado não pretende definir uma substância, (fundente) como é usual na metalurgia clássica.

Sumário da invenção

Segundo a presente invenção, proporciona-se um processo para a produção de um corpo cerâmico auto-suportado por oxidação de um metal precursor no qual ó referido corpo compreen de o produto da reacção de oxidação, de um metal precursor fundi do e um oxidante em fase de vapor, e um componente metálico_fe Um (9) segundo metal ou metal estranho é introduzido ou incorporado no componente metálico do corpo cerâmico durante a formação do cor po cerâmico, numa quantidade suficiente para, pelo menos parcialmente, afectar uma ou mais propriedades do corpo cerâmico.

Geralmente, no processo para a produção de um corpo cerâmico auto-suportado pela oxidação de um metal precursor, o metal precursor é aquecido na presença de um oxidante em fase de vapor, para formar um corpo de metal fundido. 0 metal precur sor fundido reage com o oxidante, a uma temperatura apropriada para formar um produto da reacção de oxidação que é mantido pelo menos parcialmente em contacto com o corpo do metal precursor fundido e o oxidante em fase de vapor e estendendo-se entre os mesmos. A essa temperatura, transporta-se metal precursor fundido através do produto da reacção de oxidação no sentido do oxidante em fase de vapor. Durante o processo, incorpora-se um segundo metal ou metal estranho no fluxo de metal fundido (descrito mais adiante em pormenor) e, por conseguinte, no interior do componente metálico resultante do produto cerâmico. 0 constitudn te metálico resultante, compreendendo metal precursor fundido e metal estranho, é transportado através do produto da reacção de oxidação e o metal precursor oxida-se quando entra em contacto com oxidante em fase de vapor, de modo que desenvolve ccntinuanente um corpo cérânicopolícíristalino. A reacção de oxidação continua durante um tempo suficiente para formar um corpo cerâmico auto-suportado que compreende o produto da reacção de oxidação e um componente metálico. Esse componente metálico compreende constituintes não oxidados do metal precursor e do segundo metal ou metal estranho, que estâ presente ruma quantidade significativa, tal que uma ou mais propriedades do corpo cerâmico são,pelo menos (10) parcialmente, afectadas pela presença e/ou pelas características do segundo metal secundário ou metal estranho. Devido ao processo segundo a presente invenção, o produto cerâmico apresenta uma ou mais propriedades pré-determinadas ou desejadas.

Segundo a presente invenção, o segundo metal ou metal estranho é introduzido no fluxo de metal precursor fundido durante a formação do corpo cerâmico e é transportado com metal precursor fundido através do produto da reacção de oxidação. Uma porção do metal precursor reage com o oxidante em fase de vapor para formar o produto da reacção de oxidação, enquanto o metal estranho permanece substancialmente não oxidado pelo oxidante em fase de vapor e tipicamente, é dispersado por todo o componente metálico. Apôs a formação do corpo cerâmico, o segundo metal ou metal estranho, como um constituinte do componen te metálico, faz parte integrante do produto cerâmico, alterando ou melhorando assim uma ou mais propriedades do produto.

Num outro aspecto da presente invenção, incorpora-se um segundo metal no fluxo do metal precursor fundido, e por conseguinte dentro do corpo cerâmico. Durante o processo, converte-se metal precursor fundido em produto da reacção de oxidação, e a leabção de oxidação continua durante um tempo suficiente para esgotar a quantidade de metal precursor no fluxo de metal fundido, relativamente à quantidade de segundo metal presente no fluxo, levando assim à formação de uma ou mais fa ses metálicas desejadas, que incluem o segundo metal e o metal precursor dentro do componente metálico do corpo cerâmico. A formação de fases desejada pode ocorrer à temperatura ou na ga ma de temperaturas da reacção, no arrefecimento ou tratamento térmico do corpo cerâmico apôs o processo, ou durante o servi(11)

ço ou aplicação do corpo cerâmico fabricado por este processo„ 0 corpo cerâmico resultante tem um componente metálico que tem nele incorporadas uma ou mais fases metálicas que transmitem uma ou várias propriedades desejadas pré-determinadas ao produ to cerâmico.

segundo metal secundário ou metal estranho pode ssr proporcionado para incorporação no fluxo de metal fundido ou corpo cerâmico, por um qualquer de vários meios, ou por uma combinação de meios. 0 segundo metal ou metal estranho pode e_s tar sob a forma de liga com o metal precursor numa fase anteri or ao processo, que se destina a incluir a utilização de ligas do metal precursor existentes no comércio, com uma composição desejada, ou pode ser aplicado numa ou mais superfícies do metal precursor, de preferência na superfície de desenvolvimento do metal precursor. Durante o processo da reacção de oxidação, o segundo metal ou metal estranho é incorporado no fluxo de metal fundido transportado para o interior do produto da reacção de oxidação e torna-se uma parte integrante do componente metá lico interligado e, por conseguinte, do corpo cerâmico.

Numa outra forma de realização, na qual se forma um produto compósito e o produto da reacção de oxidação se desenvol ve no interior de uma massa de material de enchimento ou de um pré-moldê modelado, o segundo metal pode ser fornecido misturan do-o com o material de enchimento ou com o material do pré-molde, ou pode ser aplicado numa ou mais das suas superfícies. Como o produto da reacção de oxidação seinfiltra no material de en chimento e, portanto, o metal fundido é transportado através do produto da reacção de oxidação em desenvolvimento, o metal precursor fundido contacta com o segundo metal (ou a sua fonte) .

(12)

i.

Ao contactar, o segundo metal ou uma certa porção do mesmo, é introduzido ou incorporado no fluxo de metal precursor fundido e transportado com ele para o interior da matriz cerâmica. 0 me tal precursor, lo oxidante em continua a ser oxidado pe fase de vapor, na interface entre o oxidante em ou uma porção do mesmo, fase de vapor e o produto da reacção de oxidação formado anteri ormente enquanto o segundo metal estâ a ser transportado no flu xo no interior do produto compósito formado. Por conseguinte, o segundo metal ou metal estranho é incorporado no fluxo de metal fundido.

Numa outra forma de realização ainda, o segundo metal ou metal estranho é fornecido sob a forma de um composto ou mistura que reage com o metal fundido, e/ou dissocia-se nas con é depois in dições do processo para liberar o segundo metal que troduzido ou incorporado no fluxo de metal fundido.

to pode ser por exemplo um óxido metálico redutível pelo metal precursor fundido. Este composto pode ser aplicado numa camada na parte superior do corpo de metal precursor, ou misturado a um material de enchimento ou a um material de pré-molde, ou apli cado nos mesmos.

Descrição pormenorizada da invenção e formas de realização pre feridas

Segundo a presente invenção o metal precursor, que pode estar contaminado (como adiante se explica com mais porme nor) precursor do produto da reacção de oxidação, é moldado com a forma de lingote, barra, chapa ou similar é é posto num conjunto de um leito inerte, um cadinho ou outro recipien te refractârio. Descobriu-se que se pode introduzir segundo me (13) tal ou metal estranho no fluxo do metal precursor fundido durante a formação do corpo cerâmico. A constituição resultante, compreendendo metal precursor e segundo metal, é transportada através do produto da reacção de oxidação pelo fluxo de metal fundido que inclui o transporte por capilaridade do metal fundido, como se descreveu nos pedidos de patente do mesmo proprietário. Kr conseguinte, o segundo metal ou metal estranho torna-se uma parte integrante do componente metálico do corpo cerâmico formado.

Uma quantidade pré-de termina da de um segundo metal é fornecida ao conjunto constituído pelo metal precursor, o vaso refractârio de acondicionamento e, optativamente, um material compósito de enchimento ou do pré-molde por (1) liga ou mis tura, antes do processo do segundo metal, com o metal precursor, ou utilizando uma liga disponível no comércio, que tenha a composição desejada, (2) aplicação do segundo metal numa ou mais su perfícies do metal precursor, ou (3) nos casos em que se forma um compósito, por mistura do segundo metal com o material de enchimento ou material do pré-molde (técnicas que serão discutidas mais adiante com mais pormenor) de tal maneira que se introduza uma quantidade desejada do segundo metal no fluxo do metal precursor fundido e que a mesma seja transportada através do produ to da reacção de oxidação que se forma como se descreveu nos pe didos de patente do mesmo proprietário atrás referidos . Recupe ra-se um corpo cerâmico com um componente metálico que inclui o segundo metal e constituintes não oxidados do metal precursor. 0 componente metálico do corpo cerâmico formado são inclusães metálicas interligadas e/ou isoladas.

Na realização prática da presente invenção, a escolha do segundo metal baseia-se primordialmente em uma ou mais (14) propriedades pretendidas para o corpo cerâmico. 0 componente metal pode transmitir certas propriedades favoráveis ao corpo ce râmico formado, ou melhorar a sua eficácia relativamente à utili zação pretendida. Por exemplo, metal no corpo cerâmico pode melhorar beneficamente a resistência à fractura,a elasticidade,a condutividade térmica, a compatibilidade com o meio ambiente e a condutividade eléctrica do corpo cerâmico em função de factores tais como a identidade do metal e a quantidade e distribuição do mesmo por toda a microestrutura do produto cerâmico. Proporcionando um processo para dimensionar a constituição do metal por forma a incluir metais ou fases metálicas diferentes do metal precursor, a presente invenção aumenta substancialmente a latítu de de aplicação final de tais corpos cerâmicos . Para transmitir a ou as propriedades desejadas ao corpo cerâmico formado, o segundo metal ou metal estranho permanece substancialmente não reactivo com o oxidante em fase de vapor. Por conseguinte, devem escolher-se segundos metais que não formem um produto da reacção de oxidação preferêncialmente para o metal precursor nas condiçães particulares do processo. Tipicamente, um segundo metal . sa tisfaz esse critério se tiver uma energia livre de formação nega tiva a uma dada temperatura da reacção , menor que a do metal precursor, relativamente à reacção de oxidação específica que se verifica com o oxidante em fase de vapor presente.

Porém, o segundo metal ou metal estranho pode ligar -se ou reagir com o metal precursor no interior do componente me tâlico para formar ligas ou compostos intermetâlicos, que podem ser desejáveis, ou transmitir os atributos desejáveis ao corpo cerâmico resultante. Assim, segundo a presente invenção, propor ciona-se também um processo para a formação '· in situ uma ou (15) mais fases metálicas desejadas compreendendo o metal precursor e o segundo metal. Tais fases metálicas incluem compostos intermetálicos, soluções sólidas, ligas ou combinações de todos eles. Na presente forma de realização, escolhe-se um segundo metal apropriado satisfazendo aos critérios atrás estabelecidos e que, além disso, forma uma ou mais fases metálicas em combinação com o metal precursor, a uma temperatura e concentração relativa dadas, que se deseja , que estejam incorporadas no corpo cerâmico. 0 segundo metal é fornecido e introduzido no fluxo de metal precursor fundido com uma concentração relativa mais baixa que o necessário para formar a fase metálica desejada. Como o metal precursor fundido reage com o oxidante em fase de vapor, a uma dada temperatura de reacção, formando o produto da reacção de oxidação, a concentração relativa do metal precursor no interior do constituinte metálico interligado esgota-se ou reduz-se, por conseguinte, a concentração relativa do segundo metal aumenta no interior do constituinte metálico do corpo cerâmico. A reacção continua a uma dada temperatura da reacção ou dentro de uma gama de temperaturas da reacção até se ter consumido uma quantida de suficiente do metal precursor no referido constituinte, condu zindo à formação de uma fase metálica desejada,criando cu enriquecendo assim à fase metálica desejada que compreende o metal precursor e o segundo metal, ou, em alternativa a reacção de oxidação pode continuar durante um tempo suficiente para consumir uma quantid_a de de metal precursor tal que, ao reduzir-se a temperatura da reacção ou ao arrefecer-se o produto cerâmico formado, se verifi que a formação da fase metálica desejada, formando ou enriquecendo tb a fase metálica desejada que compreende o metal precursor e o segundo metal. A fase metálica resultante pode ou transmitir (16) inerentemente uma propriedade ou propriedades desejáveis ao pro duto cerâmico, ou pode ter uma composição tal que forme uma ou mais fases adicionais a uma dada temperatura de serviço transmi tindo desse modo a propriedade ou propriedades desejadas ao pro duto cerâmico. Além disso, por manipulação dos parâmetros da reac ção, isto é, o tempo da reacção, a temperatura da reacção, etc., ou pela combinação ou adição apropriadas de certos metais, pode ainda condicionar-se a fase ou fases metálicas desejadas por exen pio, o endurecimento por precipitação de uma liga desejada no in terior do componente metálico.

Compreende-se que ,-na aplicação prática da presente invenção pode ser necessário proporcionar num conjunto uma maior quan tidade do segundo metal que a desejada ou que necessita de ser incorporada no componente metálico do corpo cerâmico. A quantida de de segundo metal que precisa de ser proporcionada no conjunto para que se introduza quantidade do segundo metal desejado no fluxo de metal precursor fundido, e portanto se incorpore no cor po cerâmico, dependerá principalmente das identidades e características de interseção do segundo metal e do metal precursor, das condições da reacção do meio pelo qual é proporcionado o segun do metal.

Como o processo aqui descrito de incorporar um segundo metal no componente metálico de um produto cerâmico, impli ca: a combinação intima de dois ou mais metais, nomeadamente o segundo metal e o metal precursor, compreender-se-â que a latitu de de que dispõe relativamente à identidade, quantidade, forma , e/ou concentração do segundo metal relativamente ao metal precur sor a utilizar dependerá dos constituintes metálicos que se dese ja incorporar no produto cerâmico, e das condições do processo (17) necessárias para a formação do produto da reacção de oxidação. A inclusão e/ou a formação dos constituintes metálicos desejados será determinada, pelo menos em parte, pelas propriedades e/ou pela metalurgia física associada com a combinação ou interacção dos metais particulares presentes nas condições particulares do processo e/ou pelos meios escolhidos para proporcionar o segundo metal para a sua introdução no metal precursor. Esta combina ção de metais pode efectuar a formação de várias fases metálicas incluindo ligas, compostos intermetálicos, soluções sólidas, pre cipitados ou misturas, e pode ser afectada pela presença e pela concentração de impurezas ou materiais contaminantes. Assim, a composição que resulta da combinação dos metais na realização prática da presente invenção pode ter caracteristicas que variam de maneira significativa das dos vários metais. Tais combinações, na forma de fases metálicas compreendendo o metal precursor e o se gundo metal incorporados no componente metálico do corpo cerâmi co formado podem afectar vantajosamente as propriedades do produto cerâmico. Por exemplo,a combinação de segundo metal e metal precursor pode formar fases metálicas tais como soluções sólidas, ligas ou um ou mais compostos intermetálicos que têm um ponto de fusão superior ao do metal precursor, ampliando assim a gama de temperaturas de serviço de um produto cerâmico que tenha uma tal fase metálica nele incorporada. No entanto, deve compreender-se que em alguns casos o ponto de fusão da fase ou fases metálicas pode estar acima da gama de temperaturas de operação para a formação do produto da reacção de oxidação pre tendido. Além disso, a formação de fases metálicas resultantes de certas combinações de metal básico e segundo metal pode comunicar uma maior viscosidade ao metal fundido resultante, à (18) temperatura da reacção, em comparação com o metal precursor fun dido, sem a adição de segundo metal à mesma temperatura, de modo que o transporte do metal fundido’através do produto da reacção de oxidação formado se retarda substancialmente ou não se efectua. Por isso, deve ter-se o cuidado, na concepção de um sis tema desejado que inclua uma tal combinação metálica, de que esteja assegurado que a composição metálica se mantenha suficiente mente líquida enquanto o produto da reacção de oxidação está a ser formado para facilitar o fluxo continuo do metal fundido a uma temperatura compatível com os parâmetros do processo da reac ção de oxidação.

Quando se proporciona o segundo metal por uma liga, formada antes do processo, com o metal precursor, ou utilizando uma liga que existe no comércio com a composição desejada, a in trodução do segundo metal no fluxo de metal fundido é feita pelo transporte de metal fundido do corpo de metal fundido para o interior do produto da reacção de oxidação formado. Assim, a in trodução dependerá da composição do metal fundido que é transportado do corpo de metal fundido formado na fase de aquecimento no interior do produto da reacção de oxidação formado. Esta composição transportada será determinada por factores tais como a homogeneidade da composição metálica e as fases metálicas associadas com a combinação particular de metais escolhida a uma dada temperatura de reacção e uma concentração relativa.

Em formas de realização da presente invenção nas quais o segundo metal, ou uma fonte do mesmo, é proporcionado exteriormente ao metal precursor, há que considerar mais parâme tros adicionais. Mais especificamente, devem considerar-se as propriedades metalúrgicas associadas com o contacto do metal precursor fundido, com o segundo metal a fim de efectuar a in (19) trodução da quantidade desejada de segundo metal no fluxo de metal precursor fundido. Quando o segundo metal for proporcionado exteriormente ao corpo de metal precursor, a introdução pode ser feita por contacto do metal precursor fundido com o segundo metal por dissolução de um metal no outro, por interdifusão dos dois metais ou por reacção dos dois metais, como na formação de um ou mais compostos intermetãlicos ou outras fases metálicas entre o metal precursor e o segundo metal. Assim a introdução e/ou a velocidade de introdução do segundo metal no fluxo do metal precursor fundido dependerá de um ou vários desses factores metalúr gicos. Tais factores incluem o estado físico do segundo metal à temperatura de reacção particular, a velocidade de interdifusão entre o metal precursor e o segundo metal, o grau e/ou a veloci dade de solubilidade do segundo metal no metal precursor ou do metal precursor no segundo metal e a formação de fases intermetálicas ou de outras fases metálicas entre o metal precursor e o segundo metal. Assim, deve ter-se o cuidado de garantir que a temperatura da reacção seja mantida de maneira que a composição metálica, resultante da introdução de segundo metal no fluxo de metal precursor fundido, permaneça pelo menos parcialmente líquida para facilitar o transporte da composição metálica para o interior do produto da reacção de oxidação formado e permitir assim o contacto do metal precursor fundido com o oxidante em fase de vapor para facilitar o desenvolvimento do corpo cerâmico. Segundo a presente invenção, a introdução do segundo metal no fluxo de metal precursor fundido, ou o esgotamento de metal precursor proveniente do fluxo de metal fundido devido à forma ção do produto da reacção de oxidação pode ter como consequência uma composição ou a formação da fase metálica que efectue (20) a formação de uma ou mais fases metálicas compreendendo o metal precursor e o segundo metal. No entanto, certas combinações de metal precursor e segundo metal podem transmitir uma viscosidade significativa ao fluxo ou de outro modo impedir o fluxo de metal fundido, de modo que o transporte de metal no sentido do oxidante em fase de vapor termina antes do desenvolvimento completo do produto da reacção de oxidação desejado. Em tais casos, a formação do produto da reacção de oxidação desejado ou pode ser substancialmente retardada ou interrompida por aqueles fenómenos e, portanto, deve ter-se o cuidado de evitar a formação prematura de tais constituintes.

Como atrás se explicou, segundo a presente invenção a quantidade de um segundo metal ou metal estranho desejada, pode ser proporcionada por meio de liga com o metal precursor antes do processo de fabricação, por exemplo, num sistema no qual o alumínio (ou metal à base de alumínio) é o metal precursor, utilizando ar como oxidante em fase de vapor para formar um pro duto da reacção de oxidação de alumina, segundos metais tais co mo õ titânio, o cobre, o níquel, o silício o ferro ou o crómio podem entrar em ligas, em quantidades que podem ser limitadas e/ou determinadas como atrás se mencionou, com o metal precursor de alumínio. Pode ser desejável, por exemplo, incluir cobre ou uma fase metálica incluindo cobre, no componente metálico do cor po cerâmico. Para que o componente metálico transmita uma ou.mais propriedades ao corpo cerâmico, ou melhore a eficácia do mes mo, é desejável que as propriedades do metal, combinação de metais ou fase metálica incorporados no componente metálico específicos não se degradem substancialmente à temperatura de servi ço do produto cerâmico. Certas fases metálicas de alumínio-co (21) bre, por exemplo Cu^Al^, têm uma gama de temperaturas de serviço mais elevada que a do alumínio. Portanto, incorporando ou enrique cendo tal fase no interior do componente metálico interligado do produto cerâmico, a maior eficácia do produto cerâmico, devida à presença do componente metálico verificar-se-á a temperaturas de serviço mais altas. Para incorporar uma quantidade adequada de co bre visando efectuar a transformação ou transformações de fase para obter a fase metálica de aluminio-cobre, desejada Cu^Al^, o cobre pode ser ligado com o metal precursor alumínio, por exemplo a 10%, em peso, da liga cobre-alumínio total. A liga compreendendo o metal precursor alumínio e o segundo metal cobre é aque cida abaixo do ponto de fusão do produto da reacção de oxidação pretendido, a alumina,mas acima do ponto de fusão da liga de cobre-alumínio, (como se descreveu nos pedidos de patente do mesmo proprietário atrás referidos) . Quando o metal precursor alumínio fundido ê levado ao contacto com o oxidante, forma-se camada que compreende alumina como produto da reacção de oxidação. A liga fundida é então transportada através do produto da reacção de oxidação formado no sentido do oxidante. Quando a liga fundida contacta com o oxidante ar, o constituinte de metal alumínio da liga é, pelo menos parcialmente, oxidado formando assim uma cama da progressivamente mais espessa de produto da reacção de oxidação. 0 segundo metal ou metal estranho cobre, que é também um constituinte da liga fundida, é transportado igualmente para o interior do produto da reacção de oxidação formado. No entanto, como o cobre não é esgotado do corpo cerâmico pela oxidação em fase de vapor , a concentração relativa do cobre aumenta â medida que o alumínio se õxida e, portanto, se esgota no fluxo de metal fundido. A oxidação do metal alumínio continua durante um (22) tempo suficiente para conseguir a composição metálica apropriada para a formação das fases metálicas desejadas. Fazendo referência a um diagrama da fase metálica binária para um sistema de cobre e alumínio, a fase Cu^Al^ forma-se numa gama de concentrações relativas entre aproximadamente 80 e 85% de cobre e o restante de alu mínio, numa gama de temperaturas de serviço para o produto carâmi co que não exceda mais ou menos 78020.

Quando se aplica a quantidade desejada de segundo metal ou metal estranho, por exemplo por formação de camadas sobre uma ou mais superfícies do metal precursor alumínio ou por contac to com as mesmas e se faz reagir o metal precursor com ar como o oxidante em fase de vapor, os segundos metais apropriados incluem, por exemplo, o silício, o níquel, o titânio, o ferro, o cobre ou o crómio, preferivelmente na forma de pó ou em partículas. Por exemplo, o níquel ou uma fase matálica contendo níquel pode ser um constituinte desejável num produto cerâmico fabricado segundo a presente invenção. Produtos intermetálicos de aluminétos de ní quel tais como NiAl, NigAl^ ou NiAlg, poderiam ser desejáveis pa ra melhorar a resistência à corrosão do componente metálico no corpo cerâmico. Por conseguinte, para efectuar a introdução de uma quantidade apropriada de níquel para formar ou enriquecer as fases metálicas de níquel e alumínio desejadas, dispersa-se uma quantidade pré-determinada de metal níquel em pó pela superfície de desenvolvimento do corpo de metal precursor de alumínio. Quan do o metal precursor de alumínio entra em contacto com o metal níquel, introduz—se uma quantidade do metal níquel no fluxo do metal precursor de alumínio fundido. 0 metal níquel introduzido é então transportado como um constituinte do fluxo de metal fundido, para o interior do produto da reacção de oxidação alumina.

(23)

De maneira análoga ao exemplo anterior do cobre, quando o metal

alumínio for oxidado, a concentração relativa do metal níquel dentro do corpo cerâmico em formação aumenta, e consegue-se a composição apropriada para formar as fases desejadas.

Quando o produto é um produto compósito cerâmico pro duzido pelo desenvolvimento do produto da reacção de oxidação no interior de um massa ou agregado de material de enchimento ou de um pré-molde permeável colocada adjacente ao metal precursor, o segundo metal ou metal estranho pode ser proporcionado por mistu ra com o material de enchimento ou com o material do pré-molde ou aplicado, por exemplo em camadas, a uma ou mais superfícies do mesmo. Por exemplo, se o produto compósito desejado compreender uma matriz cerâmica de alumina, produzida pela oxidação em fase vapor de metal alumínio precursor no interior de um leito de partículas de carboneto de silício, que pode ser pré-modelado como um corpo verde, podem misturar-se pós ou partículas de segundos metais tais como titânio, ferro, chumbo, níquel, cobre, crómio ou silício, com o material de enchimento de carboneto de silício. Por exemplo, pode ser desejável incorporar uma quantida de de silício no interior do corpo cerâmico para melhorar a compatibilidade do componente metálico do compósito cerâmico com aplicaçães a temperaturas elevadas . Portanto mistura-se uma quantidade de metal silício, que pode ser limitada ou controlada como atrás se discutiu, com o material de enchimento de carboneto de silício. A medida que o produto da reacção de oxidação alumlna inclui as partículas do carboneto de silício e 6 alumínio fundido é transportado através do mesmo, o metal alumínio fundido entra em contacto com o metal silício misturado. Introduz-se assim uma quantidade de metal silício no fluxo continuo de metal fundido e, (24) portanto, no interior do corpo compósito cerâmico em formação. Na presente forma de realização, a porção do segundo metal fundido que não é introduzido no fluxo de metal fundido, mas que é incluída na porção da massa material de enchimento ou do pré-ntíL de que é infiltrada pelo produto da reacção de oxidação, pode es tar presente no corpo compósito como inclusões isoladas de segun do metal. 0 segundo metal ou metal estranho pode também ser apli cado em apenas uma ou mais superfícies de uma massa ou agregado de material de enchimento ou do pré-molde modelado. Para este exemplo de compósito o silício em partículas ou pó é aplicado co mo uma camada sobre uma superfície das partículas de carboneto de silício ou num pré-molde que contenha partículas do mesmo. Quando o fluxo de metal precursor alumínio fundido entra em contacto com esta superfície, é introduzida uma quantidade de metal silício no fluxo, a qual se torna uma parte do componente metáli co no produto cerâmico recuperado. A aplicação de segundo metal a uma ou mais superfícies de uma massa material de enchimento do pré-molde segundo a presente forma de realização pode ter como resultado um corpo compósito no qual as porções expostas do com ponente metálico são ricas no metal estranho ou segundo metal relativamente a outras porções de componente metálico no interi or do corpo compósito cerâmico formado.

Na prática da presente invenção quando o segundo metal ou metal estranho é proporcionado exteriormente ao metal precursor, o segundo metal ou metal estranho pode ser proporcionado sob a forma de uma mistura ou composto que reage com o metal fundido e/ou se dissocia nas condições do processo, para libertar o segundo metal ou metal estranho que é então introdu zido, como atrás se discutiu, no fluxo de metal fundido. Tal (25)

Q composto pode ser um óxido metálico redutível pelo metal precursor, ou que reaja com ele,para libertar o segundo metal. Por exem_ pio, se se desejar um compósito cerâmico compreendendo uma matriz de cerâmico de alumina, produzido pela oxidação do metal precursor de alumínio que inclui partículas de material de enchimento de alumina pode misturar-se um óxido de um segundo metal desejado, tal como silício, níquel, ferro ou crómio com o material do leito de alumina ou o mesmo pode ser posto em camadas na parte su perior do metal precursor de alumínio. Por exemplo, se se desejar o crómio como segundo metal, pode introduzir o metal crómio no fluxo de metal fundido, misturando óxido de crómio com um material do leito. Quando o fluxo do alumínio fundido entra em contacto com o óxido de crómio, o alumínio fundido reduzirá o óxido de crómio e libertará metal crómio. Uma quantidade do metal crómio libertado é então introduzida no fluxo de alumínio fundido, como atrás se discutiu, e transportada através do produto da reacção de oxidação e/ou para o seu interior, que se forma enquanto o metal pre cursor alumínio fundido continua a estabelecer contacto com o oxi dante em fase vapor.

Como se explicou nos pedidos de patente do mesmo pro prietãrio, materiais contaminantes, utilizados juntamente com metal precursor, influenciam de maneira favorável o processo da roac ção de oxidação, em especial em sistemas que utilizam alumínio co mo metal precursor. Além disso, na prática da presente invenção , pode em determinados casos escolher-se um material contaminante para, além das suas qualidades como contaminante, proporcionar um segundo metal ou metal estranho ou uma fonte do mesmo que se dese ja que seja incorporado no componente metálico do produto cerâmico. Por exemplo, o silício é um material contaminante utilizável (26) e pode também conferir características desejáveis ao componente metálico do corpo cerâmico, tal como uma maior eficácia a tempe ratura elevada, para determinados sistemas. Por conseguinte, po de utilizar-se o silício na forma elementar ou como dióxido de silício, de acordo com a forma de realização anterior, para atin gir a dupla finalidade de actuação como um material contaminante de fornecimento de uma fonte de segundo metal. Todavia, em alguns casos, não se disporá de um contaminante apropriado que tenha, quer as necessárias características de contaminante e de uma,fon te do segundo metal ou metal estranho desejado. Portanto, será necessário utilizar um material contaminante em conjunção com o segundo metal ou metal estranho. Deve no entanto notar-se que, quando se emprega um material contaminante em conjunção cõm um segundo metal, a presença de cada um deles pode ter uma acção sobre a função e/ou a eficácia do outro. Assim, na aplicação prá tica da presente invenção, quando for desejável efectuar· a formação de uma ou mais fases metálicas compreendendo o metal precursor e um segundo metal e, além disso, se utilizar um materiáL contaminante separado, as respectivas concentrações de metal jae cursor e de segundo metal necessárias para efectuar a formação da ou das fases desejadas podem ser diferentes das concentrações necessárias para efectuar a formação das fases do sistema binário que compreende o metal precursor e o segundo metal. Por con seguinte, é necessário o cuidado de considerar a acção de todos os metais presentes num caso específico ao projectar um sistema no qual se deseje efectuar a formação de uma ou mais fases metã licas no interior do componente metálico do corpo cerâmico. 0 contaminante ou contaminantes utilizados em conjunção com o metal precursor, b_{em C}omo _no caso dos segundos metais (1) podem (27) ser proporcionados como elementos de liga do metal precursor, (2) podem ser aplicados a pelo menos uma porção da superfície do metal precursor, ou (3) podem ser aplicados ou incorporados em parte ou em todo o material de enchimento ou do pré-molde, ou qualquer com binação de duas ou mais das técnicas (1), (2) ou (3). Por exemplo, úm contaminante sob a forma de liga pode ser utilizado isola damente ou em combinação com um segundo contaminante aplicado externamente . No caso da técnica (3), na qual o ou os contaminantes adicionais são aplicados ao material de enchimento, a aplicação pode fazer-se de qualquer forma adequada, como se explica nos pedidos de patente do mesmo proprietário.

A função ou funções de um material contaminante específico podem depender de um certo número de factores. Esses factores incluem, por exemplo, a combinação específica de contaminantes quan do se usarem dois ou mais contaminantes, o uso de um contaminante aplicado externamente em combinação com um contaminante sob a for ma de liga com o metal precursor, a concentração do contaminante utilizado, o ambiente oxidante, as condições do processo e, como atrás se afirmou, a identidade e a concentração do segundo metal presente.

Os contaminantes utilizáveis para um metal precursor de alumínio, em especial com ar como oxidante, incluem o ma gnésio, o zinco, e o silício, tanto sós como em combinação uns com os outros ou em combinação com outros contaminantes como adi ante se descreve. Estes metais, ou uma fonte apropriada dos mesmos, pode ligar-se com o metal precursor à base de alumínio, com concentrações, para cada um, entre mais ou menos 0,1 q 10%,em peso, com base no peso total do metal contaminante. Estes materiais contaminantes ou uma fonte apropriada dos mesmos (por exemplo MgO, (28)

ZnO ou SiO^) podem ser utilizados externamente ao metal precursor. Assim, uma estrutura cerâmica de alumina pode ser obtida, para o metal precursor de alumínio, utilizando como oxidante o ar, usando MgO como contaminante numa quantidade mãior que cerca de 0,0008 grama por grama do metal precursor a oxidar e maior que 0,003 gra ma por centímetro quadrado de metal precursor ao qual o MgO é apli cado. Porém, a concentração de contaminante necessária como atrás se discutiu, pode depender possivelmente da identidade, da presen ça e da concentração’ de um segundo metal ou metal estranho.

Outros exemplos de materiais contaminantes para metal precursor de alumínio incluem o sódio, o germânio, o estanho, o chumbo, o litio, o cálcio, o boro, o fósforo e o ítrio, que po õem ser utilizados individualmente ou em combinação com um ou mais contaminantes, conforme o oxidante, a identidade e a quantidade do segundo metal ou metal estranho presente e as condições do processo. Elementos das terras raras, tais como o cério, o lantano, o praseodímio, o neodímio e o samário são também contaminantes utilizávèis^xe, mais uma vez aqui,especialmente quando usados em combina ção com outros contaminantes. Todos os materiais contaminantes, como se explicou nos pedidos de patente do mesmo proprietário são eficazes para promover o desenvolvimento do material policristali no da reacção de oxidação, para os sistemas com metal precursor à base de alumínio.

Como se descreveu no pedido de patente americano tam bém pendente N2 de Série 861 024, depositado em 8 de Maio de 1986 e concedido ao mesmo cessionário, pode utilizar-se um meio de bar reira para inibir o desenvolvimento ou crescimento do produto da reacção de oxidação para além da barreira. Os meios de barreira apropriados podem ser de qualquer material, composto; elemento, (29) composição ou similar que, nas condições do processo segundo a presente invenção, mantenha uma certa integridade, não seja volá til e, que de preferência seja permeável ao oxidante em fase de vapor enquanto que deve ter a capacidade de localmente impedir, contaminar, interromper, interferir ou impedir, etc., o desenvolvimento continuado de produto da reacção de oxidação. Os meios de barreira apropriados incluem o sulfato de cálcio (gesso de Paris), o silicato de cálcio e o cimento Portland e combinações dos mesmos que, tipicamente, são aplicados como suspensão ou pasta fluida na superfície do material de enchimento. Estes meios de barreira podem também incluir um material combustível ou volátil apropriado que é eliminado no aquecimento ou um mate rial que se decompõe pelo aquecimento, para aumentar a porosida de e a permeabilidade do meio de barreira. 0 meio de barreira pode ainda incluir um material refractário em partículas, para reduzir quaisquer possíveis contracções ou formação de fendas qce de outro modo podem verificar-se durante o processo. S particularmente desejável um tal material em partículas com substancialmente o mesmo coeficiente de dilatação que o leito de material de enchimento. Por exemplo se o pré-molde compreender alumina e o produto cerâmico resultante compreender alumina, o meio de barreira pode ser misturado com partículas de alumina desejavelmente com granulometria de cerca de 20 a 1000 mesh. Outros meios de barreira adequados incluem produtos cerâmicos refractários ou blindagens metálicas abertas em pelo menos uma das extremidades para permitir que o oxidante em fase de vapor passe pelos poros do leito e entre em contacto com o metal precursor fundido. Em certos casos, pode ser possível fornecer uma fonte de segundo metal cc o meio de barreira. Por exemplo certas classes das composições (30) de aço inoxidável, quando reagem em determinadas condições do processo de oxidação, por exemplo a uma temperatura elevada numa atmosfera contendo oxigénio, formam os seus óxidos componentes, tais como o óxido de ferro, o óxido de níquel ou o óxido de crómio conforme a composição do aço inoxidável. Assim, em alguns ca sos um meio de barreira tal cómo uma blindagem em aço inoxidável pode proporcionar uma fonte apropriada de segundo metal ou metal estranho, que pode efectuar a introdução de segundos metais como o ferro, o níquel ou o crómio, no interior do fluxo de metal fun dido em contecto com o mesmo.

Exemplo 1

De acordo com a presente invenção fabricou-se um cor po cerâmico de alumina de maneira que o componente metal continha compostos intermetâlicos de cobre-alumínio. Portanto, propor cionou-se o cobre como segundo metal, como aditivo sob a forma de liga num processamento prévio, do corpo de metal precursor.

Colocou-se uma barra com 5,08 x 2,54 χ 1,27 cm (2” x 1” x 1/2”) de uma liga de alumínio compreendendo 10 por cento, em peso, de cobre e 3 por cento, em peso (um contaminante) e o res tante do alumínio num leito de partículas de alumina (Alundum Ξ1, da NORTON C0., 90 mesh), que estava contido num vaso refrac tário, de maneira que uma face de 5,08 x 2,54 cm (2x 1) da bar ra ficou exposta à atmosfera e substancialmente nivelada com o leito. Dispersou-se uma fina camada do material contaminante de dióxido de silício uniformemente sobre a superfície exposta da barra. Colocou-se este conjunto num forno e aqueceu-se durante cinco horas a 14002C. Manteve-se o forno a 14005C durante 48 ho ras e depois arrefeceu-se durante cinco horas até à temperatura (31) ambiente. Retirou-se o conjunto do forno e recuperou-se o corpo cerâmico.

Fez-se um corte transversal na estrutura cerâmica, para análises metalogrâfica e de fases. A análise por difração de raios X do componente metálico do produto cerâmico mostrou es tar presente o componente intermetãlico de cobre-alumínio Cu^Al^ junto da parte superior da estrutura, e o componente intermetáli co de cobre-alumínio CuAlg e alumínio não oxidado, junto do cres cimento inicial do produto cerâmico.

►

Exemplo 2

Prepararam-se materiais compósitos cerâmicos com um constituinte metálico à base de alumínio enriquecido em níquel, para determinar se tais materiais teriam melhorado as características mecânicas. 0 procedimento seguido na preparação destes materiais implicou o uso da moldação por sedimentação, para fabricar pré-moldes de partículas de óxido de alumínio contendo pó de níquel metálico. Infiltrou-se depois nestes pré-moldes uma | matriz de cerâmica de óxido de alumínio, a qual colaborou com o pó de níquel para formar um constituinte metálico enriquecido em níquel.

Com mais pormenor, adicionõu-se pó de níquel, com 10% ou 30%, em peso, do metal níquel a uma mistura de pós de ôxidos de alumínio (Alundum 38 NORTON), constituídos por 70% de partículas com granulometria de 220 mesh e 30% de partículas de granulometria de 500 mesh. Fez-se uma suspensão da mistura resul tante das partículas de óxido e de metal, em água, contendo também 2%, em peso, de um aglutinante de lâtice acrílico (cola de (32)

madeira da ELMER) . A relação entre o pó e a água (mais o agluti nante) foi de 2,5 ' 1, em peso. Prepararam-se pré-moldes vazando a suspensão em moldes quadrados com 5.08 x5.O8 cm (2”x 2*) e deixou-se depositar as partículas sólidas formando uma’camada de aproximadamente 1,27 cm (1/2) de espessura. A água excedente no processo da moldação foi vazada da superfície e secou-se com uma esponja.

Associou-se cada um dos moldes a uma barra com 5,08x x 5,08 x 1,27 cm(2x 2 χ 1/2; de liga de alumínio, 380.1, ao lon go de uma superfície comum de 5,08 x 5,08 cm (2x 2), com uma fina camada de pó de silício colocada na interface, como contami nante para promover a reacção de oxidação. 0 lote da liga 380.1 utilizado nestas experiências foi constituído por análise quími ca, por forma a ser consistente com a especificação nominal des> ta liga (oú seja, a 7,5-9,5% de Si, 3,0-4,0% de Cu, 2,9% de Zn, 6,0% de Fe, 0,5% de Mn, 0,5% de Ni, 0,35% de Si e 0,1% de Mg) excepto que se verificou qúe a concentração de Mg era aproximadamente 0,17% a 0,18%, em peso. Crê-se que o nível mais alto de Mg é importante, tendo em vista o papel do Mg como contaminante ou promotor da reacção de oxidação.

Colocaram-se os conjuntos metal/pré-molde individualmente em barcaças refractárias inertes e envolvidos por to dos os lados por uma camada de partículas da wollastonite. Cada uma delas serviu de material de barreira para limitar a reac ção de oxidação ao volume contido no interior do pré-molde . As barcaças refractárias com um conteúdo fino foram colocadas, num forno e aquecidas ao ar, a 1.0002C, durante oitenta horas.

Depois de retiradas do forno constatou-se que se tinha desenvolvido uma matriz de cerâmica de óxido de alumínio

a partir da superfície da liga de alumínio fundida e que se-‘tinha infiltrado no pré-molde. 0 exame metalográfico de cortes transversais destes materiais mostrou partículas do material de enchimento (Alundum 38) ligadas entre si por uma matriz de óxido de alumínio contendo um constituinte metálico constituído por alu minio(proveniente do metal original), silício (proveniente do me tal original e da camada do contaminante) e níquel (proveniente do pó de níquel adicionado ao pré-molde), mais outros constituin tes menos importantes do metal original.

Fizeram-se medições das propriedades mecânicas em espécimes, preparados a partir destes materiais compósitos cerâ micos. 0 mais digno de nota foi um aumento na rigidez do material contendo níquel, determinado por um ensaio normalizado de rigidez de entalhe numa barra. Por conseguinte, o material prepara do a partir do pré-molde com 10% de níquel forneceu um valor médio da dureza de 8,5 MPa-m¹/², enquanto que o formado a partir

1/ 2 do molde de níquel com 30% deu uma rigidez média de 11,3 MPa-m ' . Da experiência anterior com materiais semelhantes apenas seriam de esperar valores de rigidez na gama de 4 a 7, expressos nas mesmas unidades, é o que seria de esperar, na ausência da adição de níquel .

(34)

Claims

1.- Processo de produção de um corpo cerâmico auto-suportado por oxidação de um metal precursor, o qual compreende as fases de: (a) aquecer o referido metal precursor na presença de um oxidante em fase de vapor para formar um corpo de metal precursor fundido e fazer reagir o referido metal precursor fundido com o referido oxidante a uma temperatura adequada para formar um produto da reacção de oxidação que esteja em con tacto com o referido corpo de metal fundido e o referido oxidan te e que se estenda entre os mesmos, (b) ã referida temperatura, produzir um fluxo fundido, compreendendo o referido metal precursor fundido, através do referido produto da reacção de oxidação, no sentido do referido oxidante, de modo que o produto da reacção de oxidação continue a formar-se na interface entre o referido oxidante e o produto da reacção de oxidação anterior mente formado, e (c) continuar a referida reacção durante um tempo suficiente para produzir o referido corpo cerâmico que inclui o referido produto da reacção de oxidação e um componente metálico, aperfeiçoamento caracterizado por compreender:

A) incorporar um segundo metal no referido fluxo fundido, continuando a referida reacção de oxidação como na fase (C); e

B) recuperar o referido corpo cerâmico com o referido componente metálico que inclui uma quantidade suficiente do referido segundo metal tal que uma ou mais propriedades do referido corpo cerâmico sejam pelo menos parcialmente afectadas pela exis tência e pelas propriedades do referido segundo metal e não tendo além disso, qualquer espinela, ou com toda a espinela substancialmente na superfície de iniciação do referido produto da (35) reacção de oxidação.

2.- processo de produção de um corpo cerâmico auto-

-suportado por oxidação de um metal precursor, o qual compreende as fases de: (a) aquecer o referido metal precursor na presença de um oxidante em fase de vapor para formar um corpo de metal precursor fundido e fazer reagir o referido metal precursor fundido com o referido oxidante a uma temperatura apropriada para formar um produto da reacção de oxidação que esteja em contacto com o referido corpo de metal fundido e com o referido oxidante e se estenda entre os mesmos, (b) à referida temperatura, produzir um fluxo fundido, compreendendo o referido metal precursor fundido, através do referido produto da reacção de oxidação no sentido do referido oxidante, de maneira que o produto da reacção de oxidação continue a formar-se na interface entre o oxidante referido e o produto da reacção de oxidação an teriormente formado e (c) continuar a referida reacção durante um tempo suficiente para produzir o referido corpo cerâmico que compreende o referido produto da reacção de oxidação e um componente metálico formado por solidificação do referido fluxo, aperfeiçoamento caracterizado por compreender:

A) a incorporação de um segundo metal no referido fluxo;

B) a continuação da referida reacção de oxidação do referido metal precursor durante um tempo suficiente para esgotar o referido metal precursor no referido fluxo relativamente ao re ferido segundo metal para provocar a formação ou o enriquecimento do referido segundo metal e do referido metal precursor; e

C) a recuperação do referido corpo cerâmico com um componente metálico compreendendo as referidas fases metálicas e além disso não possuindo qualquer espinela ou com toda a espinela essencialmente na superfície de iniciação do referido produto da reacção de (36) oxidação.

3. - Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, ca racterizado por incluir a formação de uma liga do referido segundo metal com o referido metal precursor antes da referida fase do aquecimento, de modo que o referido metal é incorporado no referido fluxo fundido.

4. - Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por incluir a adição do referido segundo metal ao referido metal precursor aplicando uma camada do referido segun do metal a uma ou mais superfícies do referido metal precursor antes da referida fase de aquecimento, de modo que o referido se gundo metal é incorporado no referido fluxo fundido.

5. - Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, ca racterizado por o corpo cerâmico compreender um corpo cerâmico compósito e por incluir a colocação de uma massa do material de enchimento ou pré-molde permeável adjacente ao referido metal precursor, a mistura do referido segundo metal com o referido material compósito de enchimento ou o referido pré-molde o cre£ cimento do referido produto da oxidação no interior da referida massa, de modo que o referido segundo metal é incorporado no referido fluxo fundido.

6. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracteri. zado por incluir a aplicação do referido segundo metal a uma ou mais superfícies da referida massa de material de enchimento ou ao referido pré-molde permeável, de modo que o referido segundo metal é incorporado no referido fluxo fundido.

7. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado por o referido segundo metal estar disperso de maneira subs tancialmente uniforme por todo o referido componente metálico no referido corpo cerâmico.

(3

8. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri. zado por o referido segundo metal estar substancialmente concen trado numa porção do referido corpo cerâmico.

9. - Processo de acordo com as reivindicações 3, 4, 5 ou ^referido

6, caracterizado por o/segundo meta ser proporcionado como um com posto contendo metal que se dissocia nas condições do processo para libertar o referido segundo metal.

10. - Corpo cerâmico auto-suportado, caracterizado por compreender (a) um produto da reacção de oxidação policristalino formado por oxidação de um metal precursor fundido num conjun to que compreende metal precursor e um oxidante na fase de vapor, (b) um componente metálico compreendendo constituintes não oxidados do referido metal precursor e de um segundo metal, obtidos a partir de uma fonte intrínseca ao referido conjunto e formados in situ durante formação do referido produto policristalino da reacção de oxidação e, optativamente, (c) um material de enchimento, de modo que o referido corpo cerâmico tem uma ou várias propriedades modificadas pela presença do referido segundo metal.

11. - Corpo cerâmico de acordo com qualquer das reivindicações 1, 2 ou 9, caracterizado por a percentagem, em volume, do componente metálico esiar entre cerca de 1% e cerca de 40%.

12. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por incluir a continuação da referida reacção de oxidação durante um tempo suficiente para produzir as referidas forma ções de uma ou várias fases metálicas, ã referida temperatura adequada.

13. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por incluir a continuação da referida reacção de oxidação durante um tempo suficiente para esgotar o referido metal pre (38) cursor no referido fluxo relativamente ao referido segundo metal para efectuar as referidas formações de uma ou várias fases metálicas, abaixo da referida temperatura adequada.

14. - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por incluir a utilização de um ou vãrios materiais contaminantes em conjunção com o referido metal precursor.

15. - Processo de acordo com qualquer uma das reivindica ções 1 ou 2, caracterizado por o referido metal precursor ser um metal precursor de alumínio, o referido oxidante na fase de vapor ser ar e o referido produto da reacção de oxidação ser alumina.

16. - Processo de acordo com qualquer uma das reivindica ções 1 ou 2, caracterizado por um constituinte primário do refe rido segundo metal ser escolhido no grupo constituído por alumí nio, titânio, ferro, níquel, cobre, zirconio, hãfnio, cobalto, manganês, silício, germânio, estanho, prata, ouro e platina.

17. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o constituinte primário no referido segundo metal ser escolhido no grupo constituído por alumínio, titânio, ferro, ní quel, cobre, zirconio, hãfnio, cobalto, manganês, silício, germa nio, estanho, prata, ouro e platina.

Lisboa, 16 de Setembro de 1987

0 Agente Oficiai da Propriedade industrial (39)

RESUMO

Processo para o dimensionamento in situ do componente metálico de produtos cerâmicos e produtos fabricados pe lo mesmo

A invenção refere-se a um processo de produção de um corpo cerâmico auto-suportado, por oxidação de um metal precursor fundido, com um oxidante na fase de vapor, para formar um pro> - duto da reacçao de oxidaçao e de produção de um fluxo fundido, compreendendo o referido metal precursor fundido, através do referido produto da reacção de oxidação. Incorpora-se um segundo metal no referido fluxo fundido, durante a reacção de oxidação. 0 corpo cerâmico resultante inclui segundo metal bastante para que uma ou mais propriedades do referido corpo cerâmico sejam pelo menos parcialmente afectadas pela presença e pelas propriedades do referido segundo metal.

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