PT85734B

PT85734B - Estruturas ceramicas modificadas e processos de fabricacao das mesmas

Info

Publication number: PT85734B
Application number: PT85734A
Authority: PT
Inventors: Ratnesh Kumar Dwivedi; 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: BR8704764A; EP0261062A1; IL83857A0; DK169618B1; EP0261062B1; HU204242B; IN167656B; PT85734A; FI874025A0; DK480987D0; YU170887A; CA1307911C; DK480987A; IE59279B1; AU594815B2; TR24654A; KR880003864A; DE3778466D1; JP2551949B2; ES2032855T3

Description

ESTRUTURAS CERÂMICAS MODIFICADAS E PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DAS MESMAS

Fundamentos da_invenção

Ogmpo_da_inyenção

A presente invenção refere-se, de modo geral, a um processo para a modificação de um corpo cerâmico auto-suportado com porosidade interligada por incorporação de um segundo material cerâmico policristalino em pelo menos alguns dos poros do primeiro corpo cerâmico. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a estruturas cerâmicas auto-suportadas, formadas como o produto da reacção de oxidação de um metal original e possuindo uma cerâmica policristalina ocupando pelo menos uma parte dos poros interligados originais. A presente invenção refere-se tam bém a processos para produção de tais estruturas cerâmicas.

Descrição d^os_pedidos_de_patente__do_mesmo_proprietário e_da iécnica_anterior objecto do presente pedido de patente está relacionado com os pedidos de patente americanos do mesmo proprietário,também pendentes, números de série; 818 945,depositado em 15 de Janeiro de 1986, que é uma adição do número de série 776 964, depositado em 17 de Setembro de 1985, que é uma adição do número de série 705 787, depositado em 26 de Fevereiro de 1985, que é uma adição do pedido americano número de série 591 592, depositado em 16 de Março de 1984, todos em nome de Marc S. Newkirk

- ? e outros e intitulados Novos materiais cerâmicos e processos de fabricação dos mesmos. Estes pedidos de patente revelam o processo de produção de corpos cerâmicos auto-suportados desejn volvidos como produto de reacção de oxidação de um precursor de metal original. 0 metal original fundido reage com um oxidan te em fase de vapor para formar um produto de reacção de oxidação, e o metal migra através do produto da oxidação, no sentido do oxidante, pelo que se desenvolve continuamente um corpo cerâmico policristalino que pode ser produzido tendo um componente metálico interligado e/ou porosidade interligada. 0 proces. -so pode ser aperfeiçoado pelo emprego de um contaminante de li. ga, por exemplo, no caso de um metal original de alumínio oxida, do no ar. Este processo foi aperfeiçoado pelo emprego de contaminantes externos aplicados â superfície do metal precursor como se descreveu nos pedidos de patente americanos pendentes e do mesmo proprietário número de série 822 999, depositado em 27 de Janeiro de 1986, que é uma adição do pedido de patente número de série 776 965, depositado em 17 de Setembro de 1985, que é uma adição do pedido de patente número 747 788, depositado em 25 de Junho de 1985, que é uma adição do pedido de patente número de série 652 656, depositado em 20 de Julho de 1984, todos em nome de Marc S. Newkirk e outros e intitulados Processos de fabrica ção de materiais cerâmicos auto-suportados.

objecto do presente pedido de patente está relaciona, do com o do pedido de patente americano, pendente, do mesmo pro. prietário, número de série 819 597, depositado em 17 de Janeiro de 1986, o qual é uma adição do pedido número de série

697 876, depositado em 4 d.e Fevereiro de 1985, ambos em nome de Marc S. Newkirk e outros e intitulado Produtos cerâmicos compó. sitos e processos de fabricação dos mesmos. Estes pedidos de patente revelam um novo processo para a produção de compostos cerâmicos auto-suportados, pelo crescimento de um produto da reacção de oxidação a partir de um metal original no interior de uma massa de material de enchimento permeável, de modo que se infiltra o material de enchimento com uma matriz cerâmica.

A descrição completa de todos os pedidos de patente do mesmo proprietário é aqui incorporada por referência.

Comum a todos os pedidos de patente do mesmo proprietário é a apresentação de formas de realização de um corpo cerâmico que compreende um produto da reacção de oxidação, e optativamen. te, um ou mais constituintes não oxidados do precursor de metal original, ou espaços vazios, ou ambas as coisas. Ò produto da reacção de oxidação pode apresentar porosidade interligada que pode ser uma substituição completa ou parcial da fase de metal. A porosidade interligada dependerá grandemente de factores tais como a temperatura à qual se forma o produto da reacção, o tempo durante o qual se deixa que a reacção de oxidação se proces. -se,a composição do metal original, a presença de materiais contaminantes, etc. Parte dos poros interligados é acessível a partir de uma superfície externa ou superfícies do corpo cerâmi co, ou é tornada acessível por uma operação ulterior ao processo, como, por exemplo, maquinagem, corte, rectificação, fracionamen to etc

- 4 Sumário da invenção

Em resumo, a presente invenção refere-se a um processo de produção de um corpo cerâmico auto-suportado, contendo CU tendo incorporado no mesmo, um segundo componente cerâmico policristalino. Este segundo componente cerâmico é suficiente para alterar, modificar ou contribuir para as propriedades do corpo cerâmico originalmente formado. De acordo com o processo segundo a presente invenção, forma-se um corpo cerâmico pela reacção de oxidação de um metal original com um oxidante, como atrás se descreveu, em ligação com os pedidos de patente do mesmo proprietário. 0 corpo cerâmico é produzido de modo a possuir porosidade interligada distribuída através de pelo menos uma parte do corpo cerâmico, em uma ou mais dimensões, e além disso é, pelo menos parcialmente, aberta ou-acessível, ou tornada acessível, a partir de pelo menos uma superfície externa do corpo. Um segundo material cerâmico, ou precursor do mesmo, é posto em contacto com o corpo cerâmico na superfície acessível, de modo a infiltrar-se ou inpregnar pelo menos uma parte dos poros interligados, seguindo-se um aquecimento, uma catalização ou operação semelhante, se for necessário, formando assim um corpo cerâmico contendo um segundo componente cerâmico.

corpo cerâmico auto-suportado segundo a presente invenção compreende um produto cerâmico policristalino, possuindo (a) cristalitos do produto da reacção interligados, for mados pela oxidação de um metal original fundido còm um oxidante, e (b) porosidade interligada pelo menos parcialmente

- 5 aberta ου'acessível, ou tornada acessível, a partir da(s) su perfície(s) do corpo cerâmico. Pelo menos uma parte da porosidade interligada contém um segundo material cerâmico policristalino.

Tais como são usados nesta memória descritiva e nas reivindicações anexas, os termos seguintes são definidos como se segue.

Cerâmico· -não deve ser indevidamente entendido como sendo limitado a um corpo cerâmico no sentido clássico, isto é, no sentido em que consiste inteiramente em materiais inorgânicos e não metálicos, mas sim, refere-se a um corpo que é predominantemente cerâmico, relativamente tanto à composição como às propriedades dominantes, embora o corpo contenha quanti. dades mínimas ou substanciais de um ou mais constituintes metálicos e/ou porosidade (interligada e isolada), o mais tipicamente dentro de uma gama de cerca de 1 a 40%, em volume, mas podendo ser maior.

Produto de reacção de oxidação geralmente significa um ou mais metais em qualquer estado de oxidação, no qual o metal tenha fornecido electrões ou compartilhado electrões com outro elemento, composto ou combinação do mesmo. Consequentemente, um produto da reacção de oxidação segundo esta definição inclui o produto da reacção de um ou mais metais com um oxidante, tal como os aqui descritos.

Oxidante significa um ou mais receptores apropriados de electrões ou compartilhadores apropriados de electrões, podendo ser um sólido, um líquido ou um gás (vapor) ou qualquer

- 6 combinação dos mesmos (por exemplo, um sólido e um gás) nas condições do processo para o desenvolvimento do produtó cerâmico.

Metal original -refere-se a metais relativamente puros, metais comercialmente disponíveis com inpurezas e/ou cons tituintes de liga, e ligas e compostos intermetálicos de metais. Quando se menciona um metal específico, o metal identificado deve ser considerado com esta definição em mente, a menos que seja indicado o contrário pelo contexto. Por exemplo, quando alumínio é o metal de origem, o alumínio pode ser o metal rela, tivamente puro (por exemplo, alumínio comercialmente disponível de 99,7% de pureza), ou alumínio 1100, que possui impurezas nominais de 1%, em peso, de silício mais ferro, ou ligas de alumínio, tais como, por exemplo, silício mais ferro, ou ligas de alumínio, tais como, por exemplo, a liga 5θ52.

greve descrição dos_desenhos

A fig. 1 é uma vista esquemática de um corpo cerâmico com porosidade interligada e metal interligado.

A fig. IA é ume vista em corte, ampliado, feito pela linha (A-A) da fig. 1.

A fig. 2 θ uma vista esquemática, parcialmente.em cor te transversal, de um corpo cerâmico após uma parte substancial do metal interligado ter sido removida.

A fig. J é uma vista esquemática de um corpo cerâmico, num leito inerte, contido dentro de um cadinho que deve ser inserido' dentro de um forno, para vaporizar o metal interligado.

A fig. 4 é uma vista esquemática de um corpo cerâmico

- 7 ί .

imerso em um lixiviante para remover o metal interligado.

.^^a ÍhM©ggão g dgs formas de

De acordo com o processo segundo a presente invenção, produz-se um corpo cerâmico auto-suportado com porosidade interligada. A porosidade interligada é, pelo menos, parcialmente aberta ou acessível a partir de uma ou mais superfícies externas, ou é tornada acessível por um tratamento posterior ao processo. Uma quantidade significativa ou substancial da porosidade interligada é preenchida, infiltrada ou cheia por um processo semelhante, com um segundo material policristalino que se torna integrado com a estrutura cerâmica, modificando^ aperfeiçoando ou contribuindo assim para certas propriedades do primeiro corpo cerâmico. Embora a presente invenção seja adiante descrita com referência particular ao alumínio como metal original, compreender-se-á que outros metais originais poderão também ser aplicados, tais como o silício, o titânio, o estanho, o zircônio e o háfnio.

Com referência à fig. 1, proporciona-se um primeiro corpo cerâmico policristalino auto-suportado (12), que é feito, por exemplo, pelos processos segundo qualquer dos citados pedidos de patente do mesmo proprietário. Consequentemente, proprociona-se um primeiro metal original, por exemplo alumínio, que pode ser contaminado (conforme se explica mais adian te com mais pormenor), como o precursor para o primeiro produto da reacção de oxidação. 0 metal original é fundido e aquecido a uma temperatura dentro de uma faixa de temperaturas

apropriada num meio oxidante. A esta temperatura, ou dentro desta faixa de temperaturas, o metal original fundido reage com o oxidante para formar um produto da reacção de oxidação policristalino. Pelo menos uma parte do produto da reacção de oxidação é mantida em contacto com e entre o metal original fundido e o oxidante para extrair metal original fundido através do produto da reacção de oxidação e em contacto com o oxidante, tal que o produto da reacção de oxidação continua a for mar-se na interface entre o oxidante e o produto da reacção formado anteriormente. Continua-se a reacção durante um tempo su ficiente para formar o corpo cerâmico policristalino 12, compreendendo ou sendo essencialmente constituído pelo produto da reacção de oxidação, globalmente designado por (12), possuindo a porosidade interligada (13), e/ou um constituinte metálico interligado (14), Θ’constituintç metálico interligado (14), ci. tado abaixo, adiante designado, para simplificar, por metal ou componente de metal (14), compreende constituintes não oxidados do metal original e pode incluir contaminantes ou outras inclusões de metal. A porosidade interligada (15), bem como o constituinte metálico interligado (14), são interligados em uma ou mais dimensões e estão dispersos ou distribuídos por parte ou substancialmente por todo o material policristalino. Esta po. rosidade (15), e o metal (14), formados in situ durante a for mação do produto da reacção de oxidação policristalino, são ambos, pelo menos parcialmente, abertos ou acessíveis a partir de pelo menos uma superfície, por exemplo nas superfícies (15), do corpo cerâmico, ou podem ser tornadas acessíveis por maquinagem

ou fractura. Parte da porosidade e do metal pode estar isolada como· ilhas. As percentagens, em volume,da porosidade (15)(interligada ou isolada) e do constituinte metálico (14) (interli. gado ou isolado) dependerão grandemente de condições tais como a temperatura, 0 tempo, os contaminantes e tipo do primeiro metal original empregue na fabricação do corpo cerâmico (12).

Numa forma de realização preferida da presente invenção, essencial ou substancialmente todo 0 metal interligado (14) é ou pode ser removido para produzir 0 corpo cerâmico auto-suportado (12), com porosidade interligada (15) distribuída por parte ou substancialmente por todo 0 material policristalino, como se ilustra na fig. 2· Para remover todo ou uma parte substancial do metal interligado (14),pode completar-se 0 processo da reacção de oxidação; isto é, quando a fase de metal tiver reagido completamente, ou quase completa, mente para formar 0 produto da reacção de oxidação, o componente de metal interligado (14) é extraído do corpo cerâmico (12), deixando porosidade interligada (15) uo seu lugar, e é oxidado para formar cerâmica adicional na(s) sua(s) superfície (s)(15). Caso 0 processo seja completado, 0 produto da reacção de oxidação apresentará uma maior percentagem,em volume, de porosidade (15)? a qual está, pelo menos parcialmente, interli gada. Por exemplo, um corpo cerâmico formado a partir de alumínio processado no ar a cerca de 1125°C pode conter cerca de 20%, em volume, a cerca de 5θ%? em volume, de metal (14), e de cerca.de 2%, em volume, a cerca de 5%? em volume, de porosidade (15) , quando se interromper 0 crescimento antes de todo 0 pri- 10 -

meiro metal original ser oxidado; e se se processar de modo a completar a oxidação de todo o primeiro metal original, o mes. mo pode conter de cerca de 1%, em volume, a cerca de 3%, em volume, de constituintes metálicos (14), e de cerca de 25%, em volume, a cerca de 30%, em volume, (ou mais), de espaços vazios ou poros (porosidade) quando o processo for completado.

Um segundo processo ou meio para remover o metal inter ligado (14) é colocar o corpo cerâmico sobre um leito inerte (18) que está contido dentro de um cadinho ou outro recipiente refractário (18)(ver a fig. 3)· Colocam-se depois o recipiente (18) e o seu conteúdo dentro de um forno com uma atmosfera inerte (por exemplo árgon ou outro gás não reactivo) e aquecem-se a temperaturas às quais o constituinte metálico (14) terá uma pressão de vapor elevada. Esta temperatura ou gama de temperaturas preferidas podem variar conforme a composição final do constituinte metálico (14) no corpo cerâmico. Ã tempera, tura apropriada, o metal interligado (14) evapora-se do corpo cerâmico, mas não se formará nenhum produto da reacção de oxidação adicional devido à atmosfera inerte. Mantendo estas temperaturas, o metal interligado (14) continuará a evaporar-se e a ser transportado para fora do forno, por exemplo, por um dis, positivo de ventilação dentro do forno.

Um terceiro processo ou meio para remover o metal inter ligado (14) é mergulhar o corpo cerâmico (10) dentro de um lixi viante apropriado (22). para dissolver ou dispersar o metal interligado (14)(ver a fig. 4). 0 lixiviante (22) pode ser qualquer liquido ou gás ácido ou básico, que dependerá dê factores

ϊ ·* tais como a composição do metal (1-4), o tempo de imersão, etc.

No caso de se utilizar o alumínio como metal original, e portanto tendo alumínio no metal interligado (14), verificou-se ser o HC1 um meio ácido apropriado. Se o corpo cerâmico contiver silício, NaOH e/ou soluções de KOH são um meio básico aceitável. 0 tempo de imersão do corpo cerâmico no lixiviante (22) dependerá da quantidade e do tipo do componente de metal (14), e da situação do metal interligado (14) em relação à ou às superfícies (15)· Quanto mais funóõ 0 metal interligado (14) estiver no corpo cerâmico (12), mais tempo será necessário para que tal metal (14), seja ou corroído quimicamente,e mais tempo terá de deixar-se 0 corpo cerâmico no lixiviante (22). Esta fase de extracção pode ser facilitada pelo aquecimento do lexiviante ou por agitação do banho do lixiviante.

Depois de 0 corpo cerâmico (12) ter sido retirado do lixivian te (22Λ o mesmo pode ser lavado com água para remover qualquer lixiviante residual.

Quando essencial ou substancialmente todo 0 metal interligado (14) tiver sido removido, produz-se um primeiro cor po cerâmico auto-suportado (12) 0 qual compreende um produto da reacção de oxidação policristalino,formado por oxidação de um precursor de metal original fundido com um oxidante, e porosidade interligada (15) que, preferivelmente, compreende desde cerca de 5%, em volume, a cerca de 45%, em volume, do primeiro corpo cerâmico (10).

Um segundo material cerâmico policristalino é incorporado na porosidade para melhorar ou contribuir para as pro

priedades do produto final. Iode incorporar-se uma variedade de materiais cerâmicos policristalinos na porosidade, que podem integrar-se com a mesma, e, preferivelmente, inclui um precursor para a cerâmica. Por exemplo, pode incorporar-se crómio na porosidade por impregnação do corpo cerâmico com uma solução de ácido crómico. 0 corpo impregnado é aquecido a uma temperatura suficiente para decompor o ácido e deixar um resíduo ou depósito de crómio. Tipicamente repete-se esta fase do processo para formar uma profundidade suficiente de crómio. 0 teor de crómio pode ser útil, por exemplo, para baixar a condutividade térmica do corpo cerâmico. Como outro exemplo útil, pode incorporar -se silício na porosidade de um corpo cerâmico, a partir de um precursor, tal como vidros de sílica com ponto de fusão baixo ou a partir de materiais tais como ortossilicato de tetraetilo. Uma vez mais aqui pode ser desejável ou necessário um certo número de imersões e conversões em depósito de sílica, para obter-se uma formação suficiente. 0 teor de sílica diminui a condutividade do corpo cerâmico e consequentemente pode ser útil como um elemento de aquecimento.

Como atrás se explicou, o corpo cerâmico é produzido a partir de um metal original apropriado, de acordo com os proces_ sos descritos nos pedidos de patente do mesmo proprietário.

Numa forma de realização preferida da presente invenção, um cor po compósito é produzido utilizando uma massa ou leito de material de enchimento permeável, colocado adjacente a e em contacto com uma superfície do metal original, e continuando-se o proces. so até o produto da reacção de oxidação se ter infiltrado no

leito de material de enchimento até ao seu limite, que pode ser definido por um dispositivo de barreira apropriado., A massa de material de enchimento que preferivelmente é modelada como um pré-molde,é suficientemente porosa ou permeável para permitir que o oxidante, no caso de um oxidante em fase de vapor, pesse pelos poros do material de enchimento e entre em contacto com o metal original, e para acomodar o crescimento do produto da reacção de oxidação no interior do material de enchimento. Em alternativa, o oxidante pode estar contido no interior do material de enchimento e constituir a mesma . 0 material de enchimento pode incluir qualquer material apropriado, tal como partículas, pás, corpos ocos, esferas, fibras, fios emaranhados, etc. que, tipicamente são materiais cerâmicos. Além disso, o leito de material de enchimento pode incluir uma estrutura reticular de barras, placas ou arames de reforço. Tipicamente nestas estruturas cerâmicas policristalinas que incluem corpos compósitos cerâmicos, os cristalitos do produto da reacção de oxidação, estão interligados e a porosidade e/ou o componente metálico estão pelo menos parcialmente interligados e acessíveis a partir de uma superfície externa do corpo cerâmico. Como se explica nos pedidos de patente do mesmo proprietário, os materiais contaminantes utilizados em conjunção com o metal original podem, em certos casos, influenciar favoravelmente os processos da reacção de oxidação, particularmente em sistemas que utilizam alumínio como metal original. A função ou funções de um material contaminante podem depender de vários factores diferentes do próprio material contaminante. Tais factores

incluem, por exemplo, a combinação particular de contaminantes, quando se usarem dois ou mais contaminantes, a concentração do ou dos contaminantes, o meio oxidante e as condições do processo.

contaminante ou contaminantes empregues em conjunção com o metal original (1) podem ser proporcionados sob a forma de constituintes do metal original,(2), podem ser aplicados a pelo menos uma porção da superfície do metal original, ou (3) quando se utiliza um material de enchimento podem ser aplicados a ou incorporados em parte ou em todo o material de enchimento ou pré-molde, ou pode usar-se qualquer combinação de duas ou mais técnicas (1), (2) e (5)· 2cr exemplo, um contaminante de liga pode ser empregue só ou em combinação com um segundo contaminante aplicado externamente. No caso da técnica (3), 21a qual 0 contaminante ou contaminantes adicionais são aplicados ao material de enchimento, a aplicação pode ser feita de qualquer maneira apropriada, como se explica nos pedidos de patente do mesmo proprietário.

Os contaminantes utlizáveis para um metal original de alumínio, particularmente com ar como oxidante, incluem 0 magnésio, 0 zinco, e 0 silício^ tanto sós como em combinação uns com os outros ou em combinação com outros contaminantes, co mo adiante se descreve. Estes metais, ou uma fonte apropriada dos metais, podem formar ligas com um metal original à base de alumínio, com concentrações, para cada um, entra 0,1 e 10%, em peso, com base no peso total do metal contaminado resultante. Estes materiais contaminantes ou uma fonte apropriada dos mesmos (por exemplo, MgO, ZnO ou SiO^) podem também ser empregues

- 15 externamente ao metal original. Assim, pode obter-se uma estrutu ra cerâmica de alumina para uma liga de silício-alumínió como metal básico, empregando-se ar como oxidante, pela utilização de MgO como um contaminante de superfície, numa quantidade maior que cerca de 0,0008 grama por grama de metal original a oxidar ou maior que 0,005 gramas por centímetro quadrado de metal origi. nal ao qual o MgO é aplicado.

Outros exemplos de materiais contaminantes eficazes com os metais originais de alumínio oxidados com ar incluem o sódio, o germânio, o estanho, o chumbo, o litio, o cálcio, o boro, o fósforo e o ítrio, que podem ser empregues individualmente ou em combinação com um ou mais outros contaminantes, conforme o oxidante e as condições do processo. Elementos das terras raras, tais como o cério, o lantânio, o praseodímio, o neodímio,e o samário são também contaminantes utilizáveis mais uma vez aqui, em especial quando empregues em combinação com outros contaminan tes. Todos os materiais contaminantes, como se explica nos pedi, dos de patente do mesmo proprietário, são eficazes na promoção do crescimento do produto da reacção de oxidação policristalino, para os sistemas de metal original à base de alumínio.

Pode utilizar-se um oxidante sólido, líquido ou em fase de vapor (gás), ou uma combinação de tais oxidantes com o metal de origem. Por exemplo, oxidantes típicos incluem, sem li mitação, o oxigénio, o azoto, um halogénio, o enxofre, o fósforo, o arsénio, o carbono, o boro, o selénio, o telúrio e compostos e combinações dos mesmos, por exemplo, sílica (como uma fonte de oxigénio), o metano, o etano, o propano, o acetileno,

- 16 -, /

o etileno e o propileno (como fontes de carbono), e misturas tais como ar, e CO/CO^, sendo as duas últimas (isto é, e CO/CO^) utilizáveis na redução da actividade do oxigénio do meio ambiente.

Embora qualquer oxidante apropriado possa ser empregue como atrás se descreveu, é preferido, um oxidsiite em fase de va por. Contudo, deve ser entendido que podem usar-se dois ou mais tipos de oxidantes em combinação com o primeiro metal origi nal. Se se usar um oxidante em fase de vapor em conjunção com o metal original e 'cun material de enchimento, este material de enchimento é permeável ao oxidante em fase· de vapor, de modo que, por exposição do leito de material de enchimento ao oxidan te, o oxidante em fase de vapor atravessa os poros do leito de material de enchimento para entrar em contacto com o metal original fundido no mesmo. 0 termo oxidante em fase de vapor significa um material vaporizado ou normalmente gasoso que proporciona uma atmosfera oxidante. Por exemplo, o oxigénio ou mis. tura de gases contendo oxigénio (incluindo o ar) são oxidantes em fase de vapor preferidos, quando um óxido é o produto da reajç ção de oxidaçao desejado, sendo o ar usualmente mais preferido por razões óbvias de economia. Quando um oxidante é identificado como contendo ou compreendendo um gás ou um vapor específicos, isto significa um oxidante no qual o gás ou vapor identificados é o oxidante único predominante ou pelo menos um oxidante significativo do metal original nas condições obtidas no meio oxidante utilizado. Por exemplo, embora o constituinte principal do ar seja o azoto, o teor de oxigénio do ar é o único

oxidante para o metal original, visto que o oxigénio é um oxidan te significativamente mais forte que o azoto. 0 ar, consequente, mente, é enquadrado na definição de um oxidante gasoso contendo oxigéniomasr r&r ae encpadra na definição de um oxidante gasoso contendo azoto. Um exemplo de um oxidante gasoso contendo azoto, como aqui é considerado bem como nas reivindicações é o gás de formação, que contém cerca de 96%, em volume, de azoto e cerca de 4%, em volume, de hidrogénio.

Quando se utiliza um oxidante sólido em conjunção com o metal original e um material de enchimento, o mesmo está usualmente disperso por todo o leito de material de enchimento ou através da parte do leito que compreende o corpo compósito cerâmico desejado, na forma de partículas misturadas com o material de enchimento ou eventualmente como revestimentos sobre as partículas do material de enchimento. Pode assim utilizar-se qualquer oxidante sólido apropriado, incluindo elementos, tais como o boro ou o carbono ou compostos redutíveis, tais como o dióxido de silício ou certos boretos de estabilidade ter modinâmica inferior à do produto de reacção dó boreto do metal original. Por exemplo, quando se utilizar o boro ou um boreto redutível como oxidante sólido para um primeiro metal original, o produto da reacção de oxidação resultante é boreto de alumínio.

Em alguns casos, a reacção de oxidação do metal original pode processar-se tão rapidamente com um oxidante sólido que o produto da reacção de oxidação tende a fundir· -^; devido â natureza exotérmica do processo. Esta ocorrência pode degradar a

uniformidade microestrutural do corpo cerâmico. Esta reacção exotérmica rápida pode ser melhorada misturando na composição materiais de enchimento relativamente inertes que apresentem baixa reactividade. Um exemplo de um tal material de enchimen to inerte apropriado é material que seja idêntico ao produto da reacção de oxidação pretendido.

Se se utilizar um oxidante líquido em conjunção com o metal original e um material de enchimento, o leito de material de enchimento total, ou a parte que compreende o corpo cerâmico desejado é impregnada com oxidante. 0 material de enchimento, por exemplo, pode ser revestido ou embebido, por exemplo por imersão no oxidante, para impregnar o mesmo. A referência a um oxidante líquido significa um oxidante que é um líquido nas condições da reacção de oxidação e portanto, um oxidante líquido pode ter um precursor sólido, tal como um sal, que funde nas condições da reacção de oxidação. Em alternativa, o oxidante líquido pode um precursor líquido, por exemplo uma solução de um material que é usado para impregnar parte ou todo o material de enchimento e que funde ou se decom põe nas condições da reacção de oxidação, para proporcionar uma quantidade de oxidante desejada. Exemplos de oxidantes líquidos como aqui se definem incluem vidros de ponto de fusão baixo.

Como se descreve no pedido dé patente americano pendente, número de série 861 024, depositado em 8 de Maio de 1986, cedido ao mesmo cessionário, pode usar-se um dispositivo de barreira em conjunção com o material de enchimento ou um pré-molde para

inibir o crescimento ou desenvolvimento do produto da reacção de oxidação, para além da barreira quando se utilizam oxidantes em fase de vapor na formação do corpo cerâmico.Esta barreira facilita a formação de um corpo cerâmico com limites definidos. 0 dispositivo de barreira apropriado pode ser qualquer material, composto, elemento, composição ou semelhante que, nas condições do processo segundo a presente invenção, mantenha uma certa integridade, não seja volátil e preferivelmente seja permeável ao oxidante em fase de vapor, mas que seja capaz de localmente inibir, contaminar, interromper, interferir com,impedir, etc. o crescimento contínuo do produto da reacção de oxidação. As barreiras apropriadas para usar com metal original de alumínio incluem o sulfato de cálcio(gesso de Paris), o silicato de cálcio, o cimento portland, e misturas dos mesmos, os quais tipicamente são aplicados como uma lama ou pasta à superfície do material de enchimento. Estes meios de barreira tambám podem incluir um combustível ou um material volátil apropriados que são eliminados no aquecimento, ou um material que se decompõe com o aquecimento, para aumentar a porosidade e a permeabilidade do meio de barreira. Além disso o meio de barreira pode incluir um material em partículas,refractário, apropriada para reduzir qualquer contracção ou fendilhamento possíveis que, de outro mo. do, podem verificar-se durante o processo. E particularmente desejável que um tal material em partículas tenha substancialmente o mesmo coeficiente de dilatação que o leito de material de enchimento ou o pré-molde. Por exemplo, se o pré-molde compre.

ender alumina e a cerâmica resultante compreender alumina, a

- 20 barreira pode ser misturada cõm alumina em partículas, desejavelmente com uma granulometria de cerca de 20 a 1000 mesh, mas podendo ser mais fina. Outras barreiras apropriadas incluem cerâmicas refractárias ou protecções de metal que são abertas em pelo menos uma extremidade para permitir que o oxidante em fase de vapor atravesse os poros do leito e contacte com o metal original fundido.

exemplo

Preparou-se um corpo cerâmico possuindo porosidade interligada, pelos processos dos pedidos de patente do mesmo proprietário atrás descritos. Especificamente, revestiu-se um pré-molde constituído por um disco de 0,6 cm de espessura, 7,6 cm de diâmetro de 30% de caolino e 70% de alumina (E67, Norton Company) com silício em pó, numa face, e com uma pasta de água e gesso de Paris contendo 50% de sílica em todas as outras faces. Oolocou-se um pedaço de liga de alumínio 380,1 em contacto com a face revestida com silício do pré-molde, e cozeu-se o conjunto a 900°C no ar, durante 48 horas. Uma matriz de alumi na com metal infiltrou o pré-molde.

Tratou-se a superfície do pré-molde com solução a 50% de ácido clorídrico durante quatro horas, para eliminar por dissolução a liga de alumínio. Após a secagem, verificou-se que o alumínio se dissolveu nas camadas superficiais do disco, deixan do uma zona externa de 1 mm com uma porosidade de 33%. 0 disco foi depois tratado com uma solução aquosa de ácido crómico, con tendo 14 g de OrO^ por 150 ml de água. Após retirado da solução, 0 disco foi cozido a 55θ°θ· Realizaram-se dez ciclos de

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infiltração de ácido crómico e aquecimento, após o que a porosidade da zona externa de 1 mm do disco de reduziu para 5 - 10%, em virtude da deposição de óxido crómico pelo tratamento. 0 aumento de peso do disco foi de 15,6%.

Claims

Reivindicações

1. - Processo de produção de uma estrutura cerâmica auto-suportada contendo um segundo componente cerâmico policristalino, caracterizado por compreender as fases de:

a) provisão de um corpo cerâmico auto-suportado compreendendo (1) um produto de reacção de oxidação policristalino formado pela oxidação de um metal original fundido com um oxidante, e (ii) poros interligados pelo menos parcialmente acessíveis a partir de uma ou mais superfícies do dito corpo cerâmico;

b) disposição de um segundo componente cerâmico poli cristalino em pelo menos uma parte dos ditos poros para formar um corpo cerâmico contendo o dito segundo componente cerâmico.
2. - Processo para a produção de um corpo cerâmico auto-suportado contendo um segundo componente cerâmico policristalino, caracterizado por compreender as fases de:

a) provisão de um corpo cerâmico auto-suportado, compreendendo (1) um produto de reacção de oxidação policristalino formado por oxidação de um metal original fundido com um oxidante, e (ii) poros interligados, pelo menos parcialmente acessíveis a partir de uma ou mais superfícies do dito corpo cerâmico;

b) estabelecimento do contacto' da dita superfície ou superfícies do dito corpo cerâmico com uma quantidade de percursor para um material cerâmico susceptível de se infiltrar, pelo menos numa porção dos ditos poros interligados; e

c) infiltração em pelo menos uma porção dos ditos poros interligados com pelo menos uma porção da dita quantidade do dito percursor e formação do dito material cerâmico para formar um corpo cerâmico contendo o dito segundo componente cerâmico.
3__ p_rocesso de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o metal original ser escolhido no grupo constituído por alumínio,’ silício, titânio, estanho, zircõnio e háfnio.
4, - Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o metal original ser alumínio e o produto da reacção de oxidação policristalino ser principalmente alumina.
5, - Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por os poros interligados estarem entre 5 a 45%, em volume, do corpo cerâmico antes de a cerâmica ser impregnada com o dito segundo componente cerâmico.
6, - Processo de acordo com qualquer das reivindicações

1 ou 2, caracterizado por o dito segundo componente cerâmico compreender oxido de crõmio ou sílica.
7.- Corpo cerâmico auto-suportado, caracterizado por compreender: um produto de reacção de oxidação policristalino formado por oxidação de um metal original fundido com um oxidante, e poros interligados de processamento pèlo menos parcialmente acessíveis a partir de uma ou mais superfícies do dito corpo cerâmico; e um segundo componente cerâmico disposto pelo menos numa parte dos ditos poros.