PT86446B

PT86446B - Processo para a producao de corpos compositos ceramicos modelados

Info

Publication number: PT86446B
Application number: PT86446A
Authority: PT
Inventors: Marc Stevens Newkirk; Christopher Robin Kennedy
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1990-11-20
Also published as: FI875526A0; YU229687A; EP0272997A2; CS276997B6; IE873278L; HUT49102A; PL269554A1; FI90055C; IL84737A; DK671987D0; PH25921A; TR23487A; FI875526A; CA1307385C; JPS63166769A; IE61291B1; BR8706952A; EP0272997B1; ZA879544B; PL157887B1

Description

A presente invenção refere-se, de um modo geral a processos para a produção de corpos compósitos cerâmicos auto-suportados. Mais particularmente a presente invenção refere-se a processos para o fabrico de corpos compósitos cerâmicos autosu portados, pelo desenvolvimento directo de um produto da reacção de oxidação em um metal original no interior de uma massa perme ável de material de enchimento e no interior de um estrato adja cente permeável, disposto externamente à massa de material de ► enchimento, de maneira tal que o estrato compósito resultante, tenha uma integridade mecânica menor que a da massa compósita de material de enchimento resultante e possa separar-se da mes. ma, estabelecendo assim um limite para a massa infiltrada.

Descrição de pedidos de patente do mesmo proprietário e fundamentos da_inven.2ão

A matéria deste pedido de patente está relacionada com os pedidos de patente americanos pendentes e do mesmo proprietá rio que incluem os seguintes: de Série 818.943, depositado

em 15 de Janeiro de 1986 e os pedidos de patente seus anteceden tes (agora abandonados), todos em nome de Marc S. Newkirk et al e intitulados Novos materiais cerâmicos e processo para 0 fabri co dos mesmos. Estes pedidos de patente descrevem 0 processo para a produção de corpos cerâmicos auto-suportados desenvolvidos como produto da reacção de oxidação a partir de um precursor de metal original. Metal original fundido reagia com um oxi dante em fase de vapor para formar um produto da reacção de oxi ) dação e o metal migra através do produto da reacção de oxidação no sentido do oxidante, desenvolvendo assim continuamente, um corpo cerâmico policristalino do produto da reacção de oxidação. 0 corpo cerâmico pode ser produzido com componentes metálicos e/ou poros que podem estar ou não interligados. 0 processo pode ser melhorado pelo uso de um contaminante de liga, por exemplo no caso de um metal original de alumínio oxidado no ar. Este pro cesso foi melhorado pela utilização de cobtaminantes externos aplicados ã superfície do metal precursor, como se descreve no pedido de patente americano pendente e do mesmo proprietário N2 de Série 822 999, depositado em 27 de Janeiro de 1986 e os pedi, dos de patente seus antecessores (agora abandonados), todos em nome de Marc S. Newkirk et al e intitulados Processos para o fabrico de materiais cerâmicos auto-suportados.

A matéria deste pedido de patente relaciona-se também com a dos pedidos de patente americanos do mesmo proprietário, N° de Série 819 597, depositado em 17 de Janeiro de 1986, que é uma adição do N2 de Série 697 876, depositado em 4 de Eeverei. ro de 1985 (agora abandonado), ambos em nome de Mark S. Newkirk

et al, e intitulados Produtos cerâmicos compósitos e processos para o seu fabrico. Estes pedidos de patente descrevem um pro cesso novo para produzir corpos compósitos cerâmicos auto-su portados pelo desenvolvimento de um produto da reacção de oxidação a partir de um metal original, no interior de uma mas, sa de material de enchimento permeável, de modo a infiltrar no material de enchimento uma matriz de cerâmica.

Desenvolvimentos ulteriores dos processos anteriores permitem a formação de estruturas compósitas cerâmicas que (1) contém nas mesmas uma ou várias cavidades que reproduzem inversamente a geometria de um retal original precursor mod_e lado e (2) possuem um padrão em negativo que reproduz inversamente 0 padrão em positivo de um precursor de metal original. Estes processos estão descritos, respectivamente (1) ern pedidos de patente americanos do mesmo proprietário NP de S£ rie 823 54-2, depositado em 27 de Janeiro de 1986, em nome de Marc' S. Newkirk et al, intitulado Processo de reprodução in versa de formas para a fabricação de produtos compósitos _ce râmicos e produtos assim obtidos e (2) no pedido de patente americano do mesmo proprietário NP de Série 896 14-7, depositado em 13 de Agosto de 1986, em nome de Marc S. Newkirk et al e intitulado Processo para o fabrico de produtos compósi, tos de cerâmica com superfícies com forma reproduzida e produ tos assim obtidos.

Uma característica utilizável nos processos dos pedidos de patente atrás mencionados, do mesmo proprietário para a produção de um corpo cerâmico com formas nítidas, incluindo corpos compósitos que contém essencialmente a forma e as

Κ___X / · dimensões originais do material de enchimento ou do pré-molde, consiste em se minimizar ou impedir o crescimento exces. sivo da matriz de cerâmica de limites de superfícies definidos. Pode impedir-se substancialmente o desenvolvimento exces. sivo dos limites superficiais, controlando a infiltração da matriz cerâmica policristalina até quaisquer limites superfi ciais definidos, o que pode conseguir-se, por exemplo, usando uma quantidade pré-determinada de metal original, estabelecendo no interior do pré-molde uma cinética de oxidação ·. mais favorável que as existentes fora do pré-molde, esgotando a atmosfera oxidante, num instante determinado do processo, ou baixando a temperatura de reacção num instante determinado do processo: Qualquer destas fases pode exigir um con trolo ou vigilância estreitos para não haver substancialmente qualquer desenvolvimento policristalino excessivo de qual, quer limite superficial definido,e ainda que não possa produ zir-se a forma nítida ou quase nítida mais desejável ou pode exigir uma maquinagem ou acabamento adicional para criar tolerâncias aceitáveis numa peça acabada.

Desenvolveram-se processos para o fabrico de estruturas compósitas de cerâmica com uma forma ou geometria previa, mente escolhidas· · Esses processos incluem a utilização de um pré-molde modelado de material de enchimento permeável, em cujo interior se desenvolve a matriz de cerâmica por oxidação de um precursor de metal original, como se descreve no pedido de patente americaria do mesmo proprietário, ND de Série 861 025 depositado em 8 de Maio de 1986, em nome de Marc S. Newkirk et al e intitulado Compósitos cerâmicos modelados e

e processos para o fabrico dos mesmos”. Um.outro processo para o fabrico de tais «struturas compósitas de cerâmica modela das inclui a utilização de meios de barreira para interromper ou inibir o desenvolvimento do produto da reacção de oxidação num limite escolhido para definir a forma ou geometria da es. trutura compósita de cerâmica. Esta técnica está descrita no pedido de patente americana do mesmo proprietário ΓΤ2 de Série 861 024, depositado em 8 de Maio de 1986, em nome de Marc S. Newkirk et al, e intitulado Processo para o fabrico de estro, turas compósitas de cerâmica modeladas com utilização de uma barreira.

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

A presente invenção proporciona um outro processo para estabelecer um limite superficial numa estrutura compósita de cerâmica que é desejável na formação de estruturas compôs.! tas de cerâmica modeladas com uma forma nítida, particularmen te com corpos maiores numa só peça ou corpos de geometria com plicala.

Sumário_d a_invengão

A presente invenção proporciona, de um modo geral, um processo para a produção de uma estrutura compósita cerâmica auto-suportada, que compreende uma massa de material de enchi mento, tal como um pré-molde modelado, infiltrado por uma matriz de cerâmica obtida pela reacção de oxidação de um metal ⁶Ζ

........

/ { * original para formar um material de matriz policristalino, cons tituído essencialmente pelo produto da reacção de oxidação do metal original com um ou vários oxidantes, incluindo um oxidan te em fase de vapor e, optativamente, um ou vários constituin tes metálicos. A estrutura compósita de cerâmica auto-suporta do possui um limite superficial, um perímetro ou similar, estabelecido, proporcionando primeiraraente, em pelo menos uma superfície de massa de material de enchimento, imn estrato ou coberturas permeáveis. 0 processo da reacção de oxidação, con tinua até permitir o desenvolvimento ου. o crescimento do produto da reacção de oxidação para além da superfície e para o interior do estrato. Este estrato com crescimento excessivo do material da matriz para além da massa do material de enchi mento é previamente determinado ou projectado para ser estruturalmente mais fraco que a estrutura compósita subjacente de massa do material de enchimento infiltrada e podé ser facilmen te retirado ou separado mecanicamente. Após a remoção de pelo menos uma porção da superfície desde estrato contendo este ex cesso de crescimento fica a superfície exposta da estrutura compósita resultante com uma forma pré-determinada.

Mais particularmente, relativamente ao processo segun do a presente invenção, produz-se uma estrutura compósita de cerâmica auto-suportada pondo a porção de uma zona ou uma superfície extensa de uma massa de material de enchimento em contacto com um corpo de metal fundido obtido aquecendo um metal original, até uma temperatura acima do seu ponto de fusão mas abaixo do ponto de fusão do produto da reacção de oxidação. A massa de material de enchimento pode, ter uma forma pré-de terminada* quer como pré-molde modelado suportando ou sendo envolvido pelo estrato permeável, por exemplo, sob a forma de um leito ou revestimento solto,-quer dando à superfície do es, trato uma configuração modelada, sendo depois a superfície aplicada à massa de material de enchimento solto moldável. Â temperatura atrás referida ou dentro dessa gama de temperaturas, o metal fundido reage com um oxidante em fase de vapor para formar o produto da reacção de oxidação. 0 oxidante em fase de vapor pode ser utilizado em conjunção com um oxidante sólido ou um oxidante líquido, como adiante se' explica com . mais pormenor. A massa de material de enchimento tem, pelo me nos uma superfície com um estrato ou revestimento de um mateterial aplicado e conformado com a superfície, estando o estra to pelo menos parcialmente distanciado da zona conjugada, de maneira que a formação do produto da reacção de oxidação se verifique no interior da massa do material de enchimento e num sentido dirigido para o estrato e pelo menos parcialmente para o interior do mesmo. Pelo menos uma porção do produto da reacção de oxidação é mantida em contacto com o metal fundido e com o oxidante, e entre os mesmos, para extrair metal fundi, do através do produto da reacção de oxidação no sentido do oxi dante de tal maneira que o produto da reacção de oxidação con tinue a formar-se na interface entre o oxidante e o produto da reacção de oxidação anteriormente formado, que se infiltrou na massa do material de enchimento, formando assim, uma estru tura compósita. A reacção continua para permitir o crescimento para além da superfície e para o interior do estrato até

- S / pelo uencs \;ma porção do estrato ter sido infiltrada pelo pro duto da reacção de oxidação, produzindo assim um corpo cerâmi co intermédio, que compreende o estrato cerâmico e a estrutura compósita cerâmica subjacente, com a interface pré-determi nada entre os dois, que define o limite ou superfície do produto final. 0 extrato contendo esse crescimento excedente, projecta-se de antemão para ser mais fraco, estrutural ou mecanicamente, que a estrutura compósita subjacente. As integri dades mecânicas relativas entre as duas camadas são pré-dete_r minadas, por exemplo, uma escolha dos materiais e/ou da compo. sição do material de enchimento e do estrato, da disposição desses materiais, do produto da reacção de oxidação e da sua afinidade para esses materiais e de uma ou de várias condições do processo. Este corpo cerâmico intermediário, compreende o estrato infiltrado e o material compósito adjacente tipicamen te e arrefecido e retirado ou separado o estrato cerâmico da estrutura compósita subjacente, por meio de qualquer dispositivo mecânico adequado, para obter um corpo compósito cerâmico auto-suportado tendo a superfície definida estabelecida pela interface entre o estrato e a massa de material de enchimento infiltrada.

Os produtos compósitos segundo a presente invenção po_ dem ser desenvolvidos com.propriedades substancialmente uniformes em toda a sua secção transversal até uma espessura até agora difícil de conseguir pelos processos convencionais para a produção de estruturas cerâmicas densas. 0 processo que pro duz estes produtos evita também os altos custos associados com os processos tradicionais de produção da cerâmica, incluindo a _ 9 _

X <· preparação do pó uniforme, de grande pureza e fino, e a compac tação por sinterização, compressão a quente e/ou compressão isostática a quente.

Os produtos segundo a presente invenção são adaptáveis ou fabricados para ser usados como produtos comerciais que, como aqui é considerado, devem abranger, sem limitações, corpos cerâmicos industriais, estruturais e técnicos, para aplicações onde sejam importantes ou benéficas características ou propriedades eléctricas, antidesgaste, térmicas e estruturais e outras, e não se pretendendo incluir materiais recicla dos ou refugos que possam ser produzidos como subprodutos indesejáveis no processamento dos metais fundidos.

Tal como são usados nesta memória descritiva e nas rei. vindicações anexas, os termos seguintes, definem-se como segue.

Cerâmico” não deve ser tomado indevidamente mas limi tando-se a um corpo cerâmico no sentido clássico, ou seja, no sentido em que ele é constituído totalmente por materiais não metálicos e inorgânicos mas sim referindo-se a um corpo que é predominantemente cerâmico quer quanto ã sua composição quer às propriedades dominantes, ainda que possa conter quantidades ínfimas ou substanciais de um ou vários constituintes metálicos derivados de metal básico ou produzidos a partir do oxidan te ou por contaminantes, o mais tipicamente dentro de uma gama de 1 a 40 %, em volume, mas podendo incluir ainda, mais metal.

Produto da reacção de oxidação significa geralmente

um ou mais metais em qualquer condição de oxidação na qual um metal tenha fornecido electrões a outro elemento, composto ou combinação dos mesmos ou compartilhado electrões com eles. Por conseguinte, um produto da reacção de oxidação segundo esta definição inclui o produto da reacção de um ou vários me tais com um oxidante.

Oxidante significa um ou vários aceitadores de elec, troes ou compartilhadores de electrões apropriados, e pode ser um elemento, uma combinação de elementos, um composto ou uma combinação de compostos, incluindo compostos redutíveis e é gasoso, sólido ou líquido, nas condições do processo.

Metal original refere-se ao metal, por exemplo alumínio, que é precursor do produto da reacção de oxidação poli, cristalino, e inclui esse metal como metal relativamente puro, metal que existe no comércio, com impurezas e/ou constituintes de liga, ou uma liga em que esse precursor de metal seja o . principal constituinte; e quando se menciona um metal específico como metal original, por exemplo, o alumínio, o metal identificado deverá ser entendido tendo esta definição em men te, a menos que se indique o contrário pelo contexto.

Breve_descrigão dos desenhos

A fig. 1 - é uma vista esquemática, com corte transver sal vertical, mostrando um conjunto de um lingote de metal ori ginal num leito apropriado sobre o qual está colocado um pré-molde que suporta um estrato permeável e confinado dentro de

um vaso refractário.

De acordo com uma forma de realização preferida da pre sente invenção, o metal original que pode ser contaminado (co mo se explica adiante com mais pormenor) e é o precursor do produto da reacção de oxidação, está modelado em forma de lin gote, barra, haste, placa ou chapa, etc. e posto num leito . inerte, num cadinho ou qualquer outro recipiente refractário. Modela-se ou fabrica-se um pré-molde (descrito adiante com mais pormenor) de modo que tenha pelo menos um limite superfi ciai definido e que seja permeável ao oxidante em fase de vapor e à infiltração do produto da reacção de oxidação. 0 pré-molde é colocado adjacente a, ou de preferência em contacto com, uma ou várias superfícies ou uma porção de uma superfície, de metal original, de maneira que pelo menos uma porção do limite superficial definido do pré-molde fique na generali dade disposta distante ou afastada para fora da superfície me tálica do metal original. Preferivelmente o pré-molde fica em contacto com uma superfície da área do metal original; mas, quando se desejar, o pré-molde pode ficar parcialmente imerso, mas não totalmente imerso no metal fundido.,, pois que a imersão completa cortaria ou bloquearia o desenvolvimento da matriz policristalina.

Um estrato permeável é formado; aplicado ou dispersado como um revestimento ou camada sobre o pré-molde para ter pelo menos uma superfície substancialmente amoldável à geometria do limite superficial definido do pré-molde. 0 extrato é suficientemente poroso para ser permeável ao oxidante em fase de vapor e ao produto da reacção de oxidação que se infiltra.

estrato permeável, que não precisa ter uma'espessura unifor me, tem a superfície amoldada contígua ou em contacto com o limite superficial definido do pré-molde. A formação do produ to da reacção de oxidação, verificar-se-á no sentido do limi te superficial definido do estrato permeável que estabelece a superfície, o perímetro ou o limite do corpo compósito cera mico. 0 recipiente e o seu conteúdo, são depois colocados num forno que é alimentado com um oxidante, incluindo um oxidante em fase de vapor. Este conjunto é aquecido a temperaturas inferiores ao ponto de fusão do produto da reacção de oxidação mas superior ao ponto de fusão do metal original que, por exem pio, no caso do alumínio e utilizando ar como oxidante em fase vapor, estará geralmente entre cerca de 8^0° e 1450°G e, mais preferivelmente, entre cerca de 900° e 135O°C. Dentro des. te intervalo de temperaturas ou gama preferida de temperaturas, forma-se um corpo ou porção de metal fundido e, em contacto com o oxidante ou oxidantes, o metal fundido irá reagir para formar uma camada de produto da reacção de oxidação. Pela exposição contínua a meio oxidante, extrai-se pr&gressivamente metal fundido para o interior e através do produto da reacção de oxidação anteriormente formado, no sentido do oxidante e no sentido do limite superficial definido, que está em contaç to com o egtrato permeável. Em contacto com o oxidante, o metal fundido reagirá para formar produto da reacção de oxidação adicional, enquanto que, optativamente, se deixam constituintes metálicos dispersos através do material policristalino. Pelo menos uma porção do produto da reacção de oxidação é man tida em contacto com o metal original fundido e com o oxidante

ou oxidantes e entre os mesmos, para manter o crescimento con tínuo do produto da reacção de oxidação policristalino no pré -molde. 0 produto da reacção de oxidação policristalino conti nuará a desenvolver-se e a crescer no interior do pré-molde, infiltrando os seus constituintes. 0 processo continua até o produto da reacção de oxidação se ter desenvolvido para além do limite superficial definido, para o interior de pelo menos uma porção do estrato permeável para produzir um corpo cerâmi co intermediário que compreende um corpo compósito cerâmico, subjacente que se infiltrou no produto da reacção de oxidação e um estrato cerâmico que, pelo menos em parte, foi infiltrado com o produto da reacção de oxidação. Na condução do proces. so, determina-se previamente que o estrato cerâmico resultante terá uma integridade mecânica mais fraca que a integridade mecânica do corpo compósito cerâmico. Integridade mecânica pode definir-se como a qualidade ou resistência das respectivas estruturas cerâmicas que permite que o estrato cerâmico, seja removido, por exemplo, por jacto de areia, por agitação num meio abrasivo ou por uma técnica de erosão por uma pasta flui da, sem perturbar ou romper o corpo compósito cerâmico subja cente que permanece substancialmente intacto, enquanto o estrato cerâmico está a ser retirado após ser retirado.

corpo cerâmico intermediário, que compreende o estra to e material de enchimento, ambos infiltrados com produto da reacção de oxidação é retirado do forno e deixa-se arrefecer até abaixo de cerca de 850°C, preferivelmente abaixo de cerca de 400°C, até cerca da temperatura ambiente. Numa forma de rea.

lização preferida, ao arrefecer, o estrato cerâmico incluído no produto compósito desenvolverá micro-fendas na matriz cerâ mica, devido à transformação da fase martensítica dos constituintes do estrato cerâmico arrastados para o interior da matriz desenvolvida, resultando daí, ser mais ..fácil remover o estrato cerâmico do corpo compósito cerâmico, que se o corpo cerâmico intermediário não fosse arrefecido. 0 estrato cerâmico compósito microfendido é depois retirado, por exemplo, por uma técnica de erosão do corpo compósito cerâmico.

estrato permeável pode compreender qualquer material ou materiais composto ou compostos ou análogos compatíveis com o desenvolvimento nos mesmos, da matriz do produto da reacção de oxidação e tem uma integridade mecânica, apôs ser infiltra do pelo produto da reacção de oxidação, mais fraca ou menos substancial mecanicamente que a integridade mecânica do corpo subjacente em compósito, para que o estrato permeável incluin· do qualquer produto da reacção de oxidação possa ser removido facilmente e, preferentemente, erodido, ou de outro modo reti rado do corpo compósito subjacente, sem afectar este último, por exemplo, por fendilhamento, corrosão ou análogo. 0 estrato permeável pode também compreender qualquer material ou materiais, composto ou compostos ou análogos que, com o arrefecimento pós-processamento, desenvolva micro-fendas devido à transformação da fase martensítica, redultante de o estrato ser instabilizado ou se tornar instabilizado durante o proces. so de crescimento do produto da reacção de oxidação. A composição do estrato, dependerá granderaente, da composição do pré -molde e da matriz cerâmica desenvolvida, mas pode também de

- 15 pender do oxidante e das condições do processo. Os materiais e as condições da reacção são pré-seleccionadas de modo que o produto compósito do estrato seja mais fraco que o produto compósito adjacente infiltrado do material de enchimento e que o estrato possa ser facilmente separado na interface. Numa forma de realização preferida da presente invenção que utiliza alumínio como metal original e o ar como oxidante para for mar uma matriz de alfa-alumina, o estrato permeável compreende um composto não estabilizado escolhido no grupo constituído por zircónia, háfnia ou misturas das mesmas. Mais particularmente, se o extrato permeável compreender óxido de zircónio não estabilizado e a alumina do material de enchimento, o estrato infiltrado com o produto da reacção de oxidação de alumina é mecanicamente mais fraco que o leito adjacente infiltrado e pode ser facilmente separado do leito na interface por meio de um jacto de areia de um polimento, por erosão com uma pasta fluida ou processo equivalente.

estrato permeável que se dispõe contíguo ao limite superficial definido do pré-molde, pode ter qualquer forma ou ser de qualquer material apropriados, tais como uma cobertu ra, um leito ou similar de plaquetas, arames, materiais em par tículas, pós, bolhas, etc. ou combinação dos mesmos. 0 material pode ser ligado com qualquer agente aglutinante para propor, cionar resistência em verde, por exemplo, álcool polivinílico ou análogo, que não interfira nas reacções da presente invenção. Materiais com partículas maiores, com granulometria mais elevada, por exemplo 24 mesh, ou ainda maiores, são especialmente úteis devido à sua tendência para formar produtos compó *

sitos muito fracos. No entanto, partículas mais finas podem também ser usadas, incluindo as misturas de partículas de vá rias dimensões. 0 material ou composto em partículas do estra to permeável, pode ser conformado ou amoldado à superfície do pré-molde, por técnicas conhecidas ou convencionais, por exem pio, formando uma pasta do material em partículas num ligante orgânico; aplicando a pasta à superfície e depois deixando a peça solidificar, por exemplo, por secagem a temperaturas ele. vadas.

produto compósito cerâmico auto-suportado resultan te como produto final, está infiltrado ou penetrado até aos seus limites, por uma matriz de cerâmica que compreende um ma terial policristalino que consiste essencialmente no produto da reacção de oxidação do metal original com o oxidante em fa se de vapor e, optativamente, um ou váris constituintes metálicos, tais como constituintes não oxidados de metal original, contaminantes ou constituintes metálicos, de um oxidante redutível. Mais tipicamente, _os limites do leito do material de en chimento ou do pré-molde de material de enchimento e da matriz policristalina individual coincidirem substancialmente; mas os caos, tituintes nas superfícies do leito ou do pré-molde podem ficar expostos ou salientes da matriz e, por consequência, a infiltração e a penetração, podem não envolver ou encapsular completamente o material de enchimento pela matriz. Deve além disso, compreende^ -se que a matriz policristalina resultante pode ter porosidade, que pode ser uma substituição parcial ou quase completa da fa-

se de metal, a percentagem do volume dos espaços vazios depen derá grandemente de condições tais como a temperatura, o tempo, o tipo de metal original e as concentrações dos contaminan tes. Tipicamente, nessas estruturas cerâmicas pollcristalinas, os cristalitos do produto da reacção de oxidação estão interligados em mais de uma dimensão, preferivelmente em três dimen soes, e a fase de metal ou a fase de poros podem estar, pelo menos parcialmente, interligadas. 0 produto compósito cerâmico segundo a presente invenção, tem geralmente limites bem de. finidos. Assim, o estrato permeável estabelece um limite do produto compósito cerâmico auto suportado e ajuda a produzir um corpo compósito cerâmico auto-suportado bem definido, com uma forma nítida ou quase nítida.

produto compósito cerâmico obtido na prática da pre sente invenção será usualmente um produto coerente, no qual entre cerca de 5% e cerca de 98%, em volume, do volume total do produto compósito cerâmico são constituídos por um ou mais dos materiais de enchimento penetrados até ao limite superficial definido do pré-molde ou do leito, por uma matriz policristalina. Usualmente a matriz policristalina compreende, quando o metal original for o alumínio, cerca de 60 % a cerca de 99%, em volume, (do volume da matriz policristalina) de óxido de alfa-alumina interligado e cerca de 1% a 4-0%, em volume (na mesma base) de constituintes não oxidados do metal original.

Embora a presente invenção seja a seguir descrita com ênfase especial nos sistemas em que se utiliza o alumínio ou uma liga de alumínio como metal original e a alumina é o produto da reacção de oxidação pretendido, esta referência tem ^z .* apenas fins exemplificativos, devendo entender-se que a presen te invenção pode adaptar-se, por aplicação dos ensinamentos aqui presentes, a outros sistemas nos quais outros metais tais como o estanho, o silício, o titânio, o zircónio, etc. são usados como metal original e o produto da reacção de oxidação pretendido é o óxido, o boreto, o nitreto, o carboneto e etc., daquele metal. Também a presente invenção é descrita adiante com particular referência a um pré-molde na modelação de cor pos compósitos, mas compreender-se-á que quaisquer leitos de material de enchimento, materiais ou análogos, soltos com pelo menos um limite superficial definido são igualmente aplica veis e úteis na prática da presente invenção. Assim, sempre que se mencionem aqui pré-molde ou pré-molde permeável deve considerar-se que estes termos significam qualquer massa de material de enchimento ou material de enchimento que seja permeável ao oxidante em fase de vapor e o processo de desen volvimento da reacção de oxidação segundo a presente invenção e tenha pelo menos uma superfície definida.

hazendo agora referência^aos desenhos, para melhor descrever a presente invenção, apenas como exemplo, um metal original (10) está incluído numa material de enchimento (12) substancialmente inerte de maneira tal que a superfície superior do metal fica substancialmente alinhada com o leito. Um pré-molóe (14) com uma superfície de forma pré-determinada, indicado genericamente em (16), é colocado sobre a superfície superior do metal original. Aplica-se à superfície (16) um es, trato (18) permeável, sem perturbar ou modificar a geometria

- 19 / / / «ϊ desta superfície. Esse conjunto está contido num vaso ou bar quinha (20) refractários apropriados. Ver-se-á que o conjunto está disposto de maneira que o crescimento ou desenvolvimento do produto da reacção de oxidação, verificar-se-á para o interior do pré-molde (14), num sentido dirigido para o limite superficial definido (16). 0 produto da reacção de oxidação infiltra-se ou penetra no pré-molde (14) em pelo menos uma por ção do estrato permeável (18). 0 conjunto é aquecido num forno (não representado) até uma temperatura elevada, na presença de um oxidante em fase de vapor, como atrás se descreveu, de modo que o crescimento da cerâmica policristalina se infil tra no pré-molde até para além do limite superficial definido (16) pelo menos numa porção do estrato permeável (18) sem vir tualmente prejudicar ou deslocar o pré-molde (14), para produ zir um corpo cerâmico intermédio. 0 corpo cerâmico intermédio compreende um estrato cerâmico (o estrato infiltrado pelo cres. cimento da cerâmica policristalina) sobreposto a um corpo compósito cerâmico '(o pré-molde infiltrado pelo crescimento da cerâmica policristalina). 0 estrato cerâmico apresenta uma in tegridade mecânica mais fraca ou menos substancial mecanicamen te, que a integridade mecânica do corpo compósito cerâmico, e o estrato cerâmico pode ser removido, por exemplo, por jaç. to de areia, etc., do corpo compósito cerâmico sem afectar a integridade mecânica ou a estrutura deste. Tipicamente, deixa, -se arrefecer o corpo cerâmico intermédio, retirando o conjun to do forno antes de separar o estrato cerâmico do corpo compósito cerâmico subjacente. Após rerirar o estrato cerâmico

ao longo do limite superficial definido (16), o produto cerâmico resultante éium corpo compósito cerâmico auto-suportado com a superfície definida estabelecida pelo estrato permeável (18).

No processo segundo a presente invenção, o oxidante em fase de vapor e normalmente gasoso ou vaporizado nas con dições do processo para criar uma atmosfera oxidante, tal como ar atmosférico. Os oxidentes em fase de vapor típicos, | incluem, por exemplo, elementos ou compostos ou combinações de elementos ou compostos, incluindo elementos, compostos ou substituintes de compostos ou misturas voláteis ou vapori záveis dos elementos seguintes: oxigénio, azoto, um halogéneo, enxofre·, fósforo, arsénio, carbono, boro, selénio, telúrio, e compostos e combinações dos mesmos, por exemplo, metano, etano, propano, acetileno, etileno, propileno (o hidrocarboneto como fonte de carbono) e misturas tais como ar, H^/H^O e CO/CO^, sendo os dois últimos (ou seja H^/H^O e CO/OO^utilizáveis pa re reduzir o oxigénio (incluindo o ar) sendo o ar usualmente o mais preferido por razões óbvias de economia. Quando se iden tifica um oxidante em fase de vapor como contendo ou incluin do um gás ou vapor específicos, isso significa um oxidante em fase de vapor no qual o gás ou vapor identificado é o oxidan te único, predominante ou pelo menos significativo do metal original nas condições obtidas no ambiente oxidante utilizado. Por exemplo, embora o principal constituinte do ar seja o azo. to, o teor do oxigénio do ar ê normalmente o único oxidante do metei original nas condições obtidas no ambiente oxidante ²¹ r f ί

utilizado. Portanto, o ar enquandra-se na definição de oxidante gasoso contendo oxigénio, mas não obedece à definição de oxidante gasoso contendo azoto. Um exemplo de oxidante gasoso contendo azoto segundo esta definição e as reivindi. cações, será o gás de formação que tipicamente contém cerca de 96 por cento, em volume, de azoto e cerca de 4 por cento, em volume, de hidrogénio.

Oxidante pode ainda incluir um oxidante sólido e/ou um oxidante líquido, que é sólido ou líquido nas condições do processo. 0 oxidante sólido e/ou o oxidante líquido serão uti lizados em combinação com o oxidante em fase de vapor. Quando se utiliza um oxidante sólido, usualmente ele é disperso ou misturado em todo o leito de material de enchimento ou o pré -molde ou através de uma porção do leito ou do pré-molde adja cente ao metal original sob a forma de partículas, ou talvez como um revestimento das partículas do leito ou do pré-molde. Pode utilizar-se qualquer oxidante sólido apropriado, que inclui elementos tais como o boro, ou o carbono, ou compostos redutíveis, tais como óxidos, carbonetos ou boretos de menor estabilidade termodinâmica que o produto da reacção óxido ou boreto do metal original.

Se se utilizar um oxidante líquido em conjunção com o oxidante em fase de vapor, ele pode estar disperso por todo o leito de material de enchimento ou pelo pré-molde ou por uma porção dos mesmos adjacente ao metal original, desde que tal oxidante líquido não bloqueie o acesso do metal fundido ao oxidante em fase de vapor. A referência a um oxidante líquido significa que é um líquido nas condições da reacção de oxida-

ção e assim, um oxidante líquido pode ter um precursor sólido, tal como um sal, que está fundido ou é líquido nas condições da reacção de oxidação.

Como alternativa, o oxidante líquido pode ter um pre cursor líquido, por exemplo, uma solução de um material que é usada para revestir parte de todas as superfícies porosas do leito do material de enchimento ou do pré-molde e que funda ou se decomponha nas condições do processo, para proporcionar I uma fracção oxidante apropriada. Exemplos dos oxidantes líqui dos como aqui se definem, incluem os vidros com baixo ponto de fusão.

pré-molde deve ser suficientemente poroso ou permeá vel, para permitir que o oxidante em fase de vapor atravesse os poros do pré-molde e entre em contacto com o metal original. 0 pré-molde deve também sei suficientemente permeável para acondicionar o crescimento do produto da reacção de oxida ção no seu interior, virtualmente sem perturbar, deformar ou de outro modo, alterar a configuração ou a geometria do mesmo. Na eventualidade de o pré-molde incluir um oxidante sólido e/ou um oxidante líquido, que podem acompanhar o oxidante em fase de vapor, então deve ser suficientemente poroso ou perme ável para permitir e aceitar o crescimento do produto da reac, ção de oxidação proveniente do oxidante sólido e/ou líquido. Compreender-se-á que sempre que aqui se mencione pré-molde” ou pré-molde permeável, isso significa um pré-molde permeável que possui as características de porosidade e/ou permeabi «lidade anteriores a menos que diga a contrário.

- 25 Λ

Os pré-moldes permeáveis, podem ser criados ou modela dos com quaisquer dimensões e formas pré-determinadas desejadas por quaisquer processos tradicionais, tais como moldação a partir de uma pasta fluida, moldação por injecção, moldação por transferência, modelação no vácuo, ou de outro modo, processando qualquer ou quaisquer materiais apropriados iden tifiçados e descritos mais distintamente, noutro ponto. 0 pré -molde permeável, como atrás se mencionou, pode incluir um oxidante sólido e/ou um oxidante líquido, usados em conjunção com um oxidante em fase de vapor, como oxidante. 0 pré-molde permeável deve ser fabricado com pelo menos um limite superfi ciai e de maneira a conservar uma integridade de forma e uma resistência quando verde, significativas, bem como fidelidade dimensional após ser infiltrado e penetrado pela matriz de ce râmica. Porém, o pré-molde permeável deve ser suficientemente permeável para aceitar o produto da reacção de oxidação poli cristalino em crescimento. 0 pré-molde permeável, deve também ser susceptível de ser molhado pelo metal original e ter uma consistência tal, que o produto da reacção de oxidação policris talino possa aderir ou ligar^-se ao pré-molde e ao seu interior para produzir um produto compósito cerâmico de elevada integri dade e com limites bem definidos.

pré-molde pode ter quaisquer dimensões ou forma, des. de que contacte, seja adjacente ou tenha um grande contacto superficial com a superfície metálica do metal original e te nha pelo menos um limite superficial, com um estrato -permeável sobreposto, que define um destino para a matriz policris- 24 / /

/ talina em crescimento. Apenas como exemplo, o pré-molde, pode ser de formato hemisférico, com o limite superficial plano em contacto com a superfície do metal original e representando o limite superficial em forma de cúpula, o limite superficial definido até ao qual deve crescer o material policristalino; ou o pré-molde pode ter a forma cúbica, com um limite superfi 'ciai quadrado em contacto com a superfície metálica do metal original e sendo os restantes cinco limites superficiais quadrados, os pontos objectivos para o desenvolvimento da ma triz policristalina. Uma matriz do material policristalino que resulta do produto da reacção de oxidação cresce simplesmente no interior do pré-molde permeável e do estrato de maneira a infiltrar e penetrar no pré-molde, até ao seu limite superficial definido e, pelo menos parcialmente, infiltra-se no estra to permeável disposto contiguamente, sem substancialmente per, turbar ou deslocar o pré-molde permeável.

pré-molde permeável da presente invenção pode ser feito de qualquer material apropriado, tal como cerâmica, e/ou metais em partículas, pós, fibras, fios emaranhados, arames, partículas, corpos ou esferas ocas, telas de arame, esferas maciças, etc. ou combinações das mesmas. Os materiais do pré-molde podem compreender um agregado ou disposição soltos ou ligados, tendo esse agregado, interstícios, aberturas, espa ços intermédios, etc., para tornar o pré-molde permeável ao oxi. dante e ã infiltração do metal original fundido, para permitir a formação do crescimento do produto da reacção de oxidação, sem alterar a configuração do pré-molde. 0 pré-molde pode in-

cluir uma rede de hastes, barras, tubos, túbulos, placas, ara me, esferas, ou quaisquer materiais em partículas, tela de arame, tecido refractário e cerâmico e análogos, de reforço, ou uma combinação de quaisquer dos anteriores previamente dis postos numa forma desejada. Além disso, o material ou materiais do pré-molde podem ser homogéneos ou heterogéneos. Os ma teriais apropriados para o pré-molde, por exemplo, os pós ou partículas de cerâmica, podem ser aglutinados com qualquer agente aglutinador adequado, ou produto análogo, que não inter fira com as reacções segundo a presente invenção ou deixe quais quer subprodutos residuais indesejados no interior do produto compósito cerâmico. Os produtos em partículas apropriados, tais como carboneto de silício ou alumina, podem ter uma granulome tria de cerca de 10 a 1000 mesh ou menores, podendo usar-se uma mistura de dimensões e tipos de partículas. 0 material em partículas pode ser modelado por técnicas conhecidas ou conven cionsis.como por exemplo, pela formação de uma pasta semifluida do material em partículas num ligante orgânico, o vazamento da pasta semifluida num molde e depois deixando o molde solidificar por secagem ou cura a uma temperatura elevada.

Um qualquer dos vários materiais apropriados, pode ser usado na modelação e no fabrico do pré-molde ou do leito de material de enchimento. Esses materiais apropriados incluem os que, nas condições de temperatura e le oxidação«do processo não são voláteis, são termodinamicamente estáveis e não rea gem com o metal original fundido ou se dissolvem excessivamente no mesmo. Alguns dos materiais de enchimento utilizáveis po. dem ser providos com uma cobertura de protecção para tornar o

material estável e para evitar reacções não desejadas. Quando o metal original é alumínio e o ar ou o oxigénio são utilizados como oxidante, tais materiais incluem, por exemplo, os éxi dos, boretos, nitretos metálicos e os carbonetos de alumínio, cério, háfnio, lantano, praseodímio, samário, zircónio e compostos metálicos de ordem superior, tais como seja espinela de aluminato de magnésio e as fibras de carvão revestidas. Alguns destes constituintes podem ter de ser revestidos com uma cobertura de protecção da oxidação, para que sobrevivam às condições oxidantes do processo. Em tal caso, o revestimen to tem de ser compatível com o desenvolvimento da matriz.

Um pré-molde usado na prática da presente invenção po. de ser utilizado como um pré-molde único ou como um conjunto de pré-moldes para formar formas mais complexas. Descobriu-se que o material da matriz policristalino, pode desenvolver-se através de porções adjacentes e em contacto de um conjunto de pré-mcides, para ligar pré-moldes contíguos formando um corpo compósito cerâmico unitário ou integrado. 0 conjunto de pré-moldes provido de um estrato permeável na, ou nas superfícies dispõe-se de maneira que um sentido do crescimento do produto da reacção de oxidação seja dirigida para o conjunto de pré-moldes e para o seu interior para se infiltrar e penetrar no conjunto e no estrato permeável, ligando assim os pré-moldes entre si. Assim, os corpos compósitos cerâmicos complexos e modelados podem ser modelados como um corpo integrado que, de outro modo, não pode ser produzido pelas técnicas de fabricação convencionais. Compreender-se-á que, sempre que aqui se re fere a um ”pré-molde”

isso significa um pré-molde ou um con junto de pré-moldes associados (a menos que se estabeleça o contrário) os quais podem finalmente ser ligados num corpo compósito integrado.

Como outra forma de realização da presente invenção, e como se explica nos pedidos de patente do mesmo proprietário, a adição de materiais contaminantes em conjunção com o metal original, pode influenciar favoravelmente ou promover o processo da reacção de oxidação. A função ou funções dos contaminantes , podem depender de um certo número de factores que não o próprio material contaminante. Esses factores incluem, por exemplo, o metal original particular, o produto final de. sejado, a contaminação de contaminantes particular quando se usarem dois ou mais contaminantes, o uso de um contaminante aplicado externamente em combinação com um contaminante sob a forma de liga, a concentração do contaminante, o ambiente oxi dante e as condições do processo.

ou os contaminantes usados em conjunção com o metal original (1), podem ser proporcionados como constituintes de liga do metal original (2) podem ser aplicados a, pelo menos, uma porção do metal original ou (3) podem ser aplicados ao lei. to de material de enchimento ao pré-molde ou a uma parte dos mesmos, por exemplo, zona de suporte do pré-molde, ou qualquer combinação de duas ou mais das técnicas (1), (2) e (3) podendo também ser usada. Por exemplo, pode usar-se um contaminante sob a forma de liga em combinação com um contaminante apli cado externamente. No caso da técnica (3) na qual se aplica um ou mais contaminantes são aplicados ao leito de material

- 28 /

de enchimento ou ao pré-molde, a aplicação pode ser feita de qualquer modo adequado, por exemplo, por dispersão dos conta minantes numa parte de toda a massa do pré-molde, como reves. timentos ou na forma de materiais em partículas, preferivelmen te incluindo pelo menos uma porção do pré-molde adjacente ao metal original. A aplicação de qualquer dos contaminantes ao material de enchimento, pode também ser efectuada aplicando uma camada de um oumais materiais contaminantes, ao pré-mol. de e ao seu interior, incluindo qualquer das suas aberturas, interstícios, passagens, espaços intermédios, etc. internos que o tornam permeável. Uma maneira conveniente de aplicar qualquer dos materiais contaminantes consiste em simplesmente embeber o material de enchimento a usar numa fonte de líquido (por exemplo, uma solução de material contaminante).

Pode proporcionar-se uma fonte de contaminante também colocando um corpo rígido de contaminante em contacto com, pe. lo menos, uma porção da superfície do metal original e do pré -molde e entre os dois. Por exemplo, pode colocar-se uma folha fina de vidro contendo sílica (utilizável como contaminante para a oxidação de um metal original de alumínio) sobre uma superfície do metal original. Quando o metal original de alumí nio (que pode estari internamente contaminado com magnésio) a que se sobrepõe o material contendo sílica, fundir num ambien te oxidante (por exemplo, no caso de alumínio em ar, entre cer ca de 850°C e cerca de 1450°C, de preferência entre cerca de 900°C e cerca de 135θ°θ) verificar-se-á o crescimento do mate, rial da matriz cerâmica policristalino, no interior do pré-mol. de permeável. ITo caso de o contaminante ser aplicado externa

mente em pelo menos uma porção da superfície do metal original, a estrutura de óxido policristalina, geralmente desenvolve-se no interior do pré-molde permeável, substancialmente para além da camada de contaminante (isto é, para além da profundidade da camada de contaminante aplicada). Em qualquer dos casos, um ou mais dos contaminantes podem ser aplicados externamente à superfície do metal original e/ou ao pré-molde permeável. Além disso, os contaminantes de liga no interior do metal original e/ou aplicados externamente ao metal original pode ser aumentado por um au mais contaminantes aplicados às formas atrás citadas. Assim, quaisquer deficiências de concentração dos con taminantes de liga no interior do metal original e/ou aplicados externamente ao metal original, podem ser compensadas por uma concentração adicional dos respectivos contaminantes apli cados ou pré-molde e Vice-versa.

Os contaminantes utilizáveis para um metal original de alumínio, especialmente com o ar como oxidante, incluem, por exemplo, o metal magnésio e o metal zinco, em combinação um com o outro ou em combinação com outros contaminantes, como adiante se descreve. Estes metais ou uma fonte adequada dos mesmos, podem estar sob forma de liga no interior do metal ori ginal de alumínio, com concentrações, para cada um'.Ideies, entre cerca de menos 0,1 e 10 %, em peso, com base no peso total do metal contaminado resultante. Concentrações dentro desta gama, parece que dão início ao crescimento da cerâmica, melho ram o transporte do metal e influenciam favoravelmente a morfologia do crescimento do produto da reacção de oxidação resultante. A concentração de qualquer dos contaminantes dependerá

de factores tais como a combinação de contaminantes e a tempe. ratura do processo.

Ê possível utilizar um ou mais contaminantes, conforme as circunstâncias, como atrás se explicou. Por exemplo, no caso de um metal original de alumínio, e com o ar como oxidan te, as combinações de contaminantes particularmente úteis, in cluem (a) magnésio e silício ou (b) magnésio zinco e silício. Nestes exemplos, uma concentração preferida do magnésio está na gama de cerca de 0,1 a cerca de 3 %, em peso; para o zinco na gama de cerca de 1 a cerca de 6 %, em peso, e para o silí cio na gama de cerca de 1 a cerca de 10 %, em peso.

Outros exemplos de materiais contaminantes utilizáveis com metal original de alumínio, incluem o sódio, o lítio, o cálcio, o boro, o fósforo, e o ítrio, aue podem ser usados in dividualmente ou em combinação com um ou vários outros contaminantes, conforme o oxidante e as condições do processo. 0 sódio e o lítio, podem ser usados em quantidades muito peque nas, da ordem de partes por milhão, tipicamente de cerca de 100 a 200 partes por milhão, e cada um deles pode ser usado só ou conjuntamente ou em combinação com outro ou outros con taminantes. Elementos das terras raras tais como o cério, o lantano, o praseodímio, o neodímeo, o samário, são também con taminantes utilizáveis e, mais uma vez aqui em especial quando utilizados em combinação com outros contaminantes.

Como atrás se notou, não é preciso ligar qualquer material contaminante ao metal original. Por exemplo a acção selectiva de um ou mais materiais contaminantes numa camada fina a toda a superfície do metal original ou a uma porção da mesma,

- 31 c permite o desenvolvimento local da cerâmica a partir do metal original ou de porções do mesmo e presta-se ao desenvolvimento do material cerâmico policristalino, em zonas escolhidas no interior do pré-molde permeável. Assim, pode controlar-se o crescimento do material da matriz Cerâmica policristalina no interior do pré-molde permeável mediante a colocação localizada do material contaminante na superfície do metal ori ginal. 0 revestimento ou camada de contaminante aplicada é fi na em relação à espessura do corpo do metal original, e o desenvolvimento ou formação do produto da reacção de oxidação no interior do pré-molde permeável, estende-ae até substancial mente para além da camada de contaminante. Essa camada de material contaminante pode ser aplicada por pintura, por imersão, por serigrafia, por evaporação ou ainda por aplicações de outro modo do material contaminante na forma líquida ou de pasta ou por deposição catódica ou simplesmente, depositando uma camada de um contaminante sólido em partículas ou uma folha ou película sólida fina de contaminante na superfície do metal ori, ginal. 0 material contaminante, pode, mas não é necessário in cluir aglutinantes, veículos, solventes e/ou espessantes orgânicos ou inorgânicos. Mais preferivelmente, os materiàis contaminantes são aplicados como pós à superfície do metal ori, ginal ou dispersos por pelo menos uma porção do material de enchimento. Um processo particularmente preferido para a aplicação de contaminantes à superfície de metal original consiste em utilizar uma suspensão líquida dos contaminantes, numa mis tura de água/ligante orgânico, aspergida sobre uma superfície do metal original, para obter um revestimento aderente

que facilita a manipulção do metal original contaminado antes do processamento.

Os materiais contaminantes, quando utilizados externa mente, são usualmente aplicados a uma porção da superfície do metal original, por exemplo, como revestimento uniforme na mes. ma. À quantidade do contaminante é eficaz numa ampla gama relativamente à quantidade de metal original a que é aplicado, e no caso do alumínio, não deram resultados as experiências | feitas para identificar os limites operáveis superiores ou ' inferiores. Por exemplo, quando se utiliza silício sob a for ma de dióxido de silício aplicado externamente como contaminan te para metal original de alumínio e magnésio, usando o ar ou o oxigénio como oxidante, quantidades tão pequenas como 0,00003 grama de silício por grama do metal original, ou mais ou menos 0,0001 grama de silício por centímetro quadrado da superfície de metal original exposta, juntamente com um segun do contaminante com uma fonte de magnésio e/ou zinco, produzem | 0 fenómeno do desenvolvimento da cerâmica policristalina.

Constatou-se também que pode conseguir-se uma estrutura cera mica a partir de metal original à base de alumínio, e usando 0 ar ou 0 oxigénio como oxidante, usando MgO como contaminante numa quantidade superior a mais ou menos 0,0008 grama de magnésio por grama do metal original a oxidar e superior a mais ou menos 0,003 grama de magnésio por centímetro quadra do da superfície do metal original sobre a qual se aplicará WgO. Parece que, em certa medida, um aumento na quantidade dos materiais contaminantes diminuirá 0 tempo da reacção neces.

- 33 /

Λ f

_rr sário para produzir o corpo compósito cerâmico, mas isso de. penderá de factores tais como o tipo do contaminante, o metal original e as condições da reacção.

Quando o metal original é alumínio internamente contaminado com magnésio e o meio oxidante é ar ou oxigénio, obser vou-se que o magnésio está pelo menos parcialmente oxidado fo ra da liga, a temperaturas entre cerca de 820^VC e 95O°C_S Nesses casos de sistemas contaminados com magnésio, este forma um óxido de magnésio e/ou fase espinela de aluminato de magné sio, na superfície da liga de alumínio fundida, e durante o processo do desenvolvimento esses compostos de magnésio perma necem primariamente na superfície do óxido inicial da liga de metal original (isto é, na superfície de iniciação), na estrutura cerâmica em desenvolvimento. Assim, em tais sistemas contaminados com magnésio, produz-se além da camada relati vamente fina de espinela de aluminato de magnésio, uma estrutu ra à base de óxido de alumínio na superfície de iniciação. Se se desejar, esta superfície de iniciação pode ser facilmente removida por exemplo, por rectificação, maquinação, polimento ou por jacto de areia.

Ilustra-se melhor a presente invenção pelo exemplo se. guinte:

EKEMPLO

Colocou-se um lingote de liga de alumínio, incluindo % de silício, 3 % de magnésio e 91,7 % de síúmínio, o restan

te de impurezas, todas as percentagens em peso, com a espessu ra de 2,54- cm (1”) e uma largura de 2,22 cm (7/8”) e o compri mento de 20,32 cm (8) horizontalmente, sobre uma camada de material relativamente inerte de Alundum 3θ com a granulometria de lOOmesh (da NORTON COMPANY), contido num cadinho. Cobriu-se depois o lingote com um pré-molde com um limite superficial definido. 0 pré-molde pode ser fabricado pela técnica convencional de vazamento de uma pasta fluida, sendo essa pasta fluida, constituída por 47,6 % de partículas de alumina (Alundum E 67, da NORTON CO., granulometria 1000 mesh)

23,7 % de argila de .caulino (ΕΓΚ, da GEORIGA KAOLIN, 98 % com dimensão das partículas menores que 20 ^irn) e 28,5 % de á gua misturada uniformemente e vazada num molde de gesso de Paris com a geometria desejada no pré-molde. 0 molde do cadinho é vazado, durante aproximadamente 20 minutos, seca-se a 90°C e depois pré-coze-se a 700°C durante 30 minutos em ar. Cobre-se o pré-molde com óxido de zircónio, por exemplo de 24 mesh, no seu limite superficial definido até uma profundidade de cerca de 7,62 cm (3”)· Dispõe-se o conjunto num forno (ventilado para permitir o fluxo de ar), a 1000°C e mantém-se no mesmo durante 96 horas, para produzir corpo compósito cerâmico coberto com um estrato de óxido de zircónio, que está infiltrado por produto da reacção de oxidação. 0 estrato em óxido de zircónio, apresenta uma integridade mecânica mais fraca que a integridade mecânica do corpo compósito cerâmico.

Depois de arrefecer, retira-se o extrato de óxido de

zircónio por jacto de areia para produzir um produto compósito cerâmico auto-suportado com o limite superficial definido estabelecido pelo estrato de óxido de zircónio.

Claims

Reivindicações

1.- Processo para a produção de um corpo compósito cerâmico auto-suportado que compreende uma massa de material de enchimento infiltrado por uma matriz de cerâmica obtida pela oxidação de um metal original para formar uma matriz policristalina, constituída essencialmente por (i) o produto da reacção de oxidação do metal original com um ou mais oxidantes incluindo um oxidante em fase de vapor e, optativamente, (ii) um ou mais constituintes metálicos, caracterizado por compreender as seguintes fases:

(A) aquecer um metal original a uma temperatura acima do seu ponto de fusão mas abaixo do ponto de fusão do produto da reacção de oxidação para formar um corpo de metal fundido;

(B) colocar o referido corpo de metal fundido em contacto superficial com uma massa permeável de material de enchimento que tem pelo menos uma sunerfície cue sunorta um estrato (a) que está substancialmente amoldado a geometria da referida superfície,(b) que e* permeável ao referido oxidante em fase de vapor e (c) que é permeável à infiltração pelo desenvolvimento do produto da reacção de oxidação, estando o referido estrato afastado pelo menos parcialmente da referida área de contacto de maneira que a formação do referido produto da reacção de oxidação ocorra na referida massa de material de enchimento e num sentido dirigido para o referido estrato e pelo menos parcialmente para o interior do mesmo; e, ã referida temperatura, (i) fazer reagir o referido metal fundido com o referido oxidante para formar um produto da reacção de oxidação, (ii) manter pelo menos uma porção do referido produto da reacção de oxidação em contacto com o referido metal fundido e o referido oxidante e entre os mesmos, para progressivamente transportar metal fundido através do produto da reacção de oxidação no sentido do oxidante, de modo que continue a formar-se produto da reacção de oxidação na interface en£re o referido oxidante e o produto da reacção de oxidaçao anteriormente formado que se infiltrou na referida massa de material de enchimento para produzir um corpo compósito cerâmico, e (iii) continuar a referida reacção para infiltrar pelo menos uma porção do referido estrato com o referido produto da reacção de oxidação para produzir um estrato cerâmico sobreposto ao referido corpo compósito cerâmico tendo o referido estrato cerâmi co para produzir um corpo compósito cerâmico auto-suportado, a referida superfície estabelecida pelo referido estrato;

(C) retirar de pelo menos uma parte da referida superfície o referido estrato cerâmico para produzir um corpo compósito cerâmico auto-suportado que tem a referida superfície estabelecida pelo referido estrato.

I
2.- Processo para a produção de um corpo compósito cerâmico auto-suportado com uma forma desejada que compreende um pré-molde infiltrado por uma matriz de cerâmica obtida por oxidação de um metal original para formar uma matriz policristalina constituída essencialmente por (1) o produto da reacção de oxidação do referido metal original com um ou mais oxidantes incluindo um oxidante em fase de vapor e, optativamente, (2) um ou vários constituintes metálicos, caracterizado por compreender as fases de: } (A) aquecer um metal original até uma temperatura acima do seu ponto de fusão mas abaixo do ponto de fusão do produto da reacção de oxidação para formar um corpo de metal fundido;

(B) proporcionar um pré-molde modelado com pelo menos uma superfície que suporta um estrato (a) que está substancialmente amoldado ã geometria da referida superfície, (b) que é permeável ao referido oxidante em fase de vapor e (c) que é permeável à infiltração pelo crescimento do produto da reacção de oxidação, sendo o referido pré-molde igualmente permeável ã infiltração pelo referido produto da reacção de oxidação;

(C) orientar o referido pré-molde em relação ao referido corpo de metal fundido, de maneira que a formação do referido produto da reacção de oxidação se verifique no referido pré-molde e num sentido dirigido para a superfície referida e pelo menos parcialmente para o interior do referido estrato; e, ã referida temperatura :

(i) fazer reagir o referido metal fundido com o referido oxidante para formar o referido produto da reacção de oxidação;

(ii) manter pelo menos uma porção do referido produto da reacção de oxidação em contacto com o referido metal fundido e o referido oxidante e entre os mesmos, para progressivamente transportar metal fundido através do referido produto da reacção de oxidação no sentido do 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 anteriormente formado que se infiltrou no referido pré-molde;

(iii) continuar a referida reacção para infiltrar pelo menos uma porção do referido estrato com o referido produto da reacção de oxidação para produzir um estrato cerâmico sobrepondo-se a pelo menos uma porção do pré-molde infiltrado , apresentando o referido estrato cerâmico uma integridade mecânica mais fraca do que a integridade mecânica do pré-molde infiltrado; e (D) retirar da referida superfície o referido estrado cerâmico para produzir um corpo compósito cerâmico auto-suportado com uma configuração do referido pré-molde e da referida superfí-40- cie estabelecida pelo referido estrato.
3.- Processo para a produção de um corpo compósito auto-suportado com a forma desejada, compreendendo um pré-molde infiltrado por uma matriz de cerâmica obtida por oxidação de um metal original de alumínio para formar uma matriz policristalina constituída essencialmente por (1) um produto da reacção de oxidação de alumina do referido metal original de alumínio com um oxidante que inclui um oxidante em fase de vapor contendo oxigénio e, optativamente (2) um ou vários constituintes metálicos, caracterizado por compreender as fases de:

(Ά) aquecer um metal original de alumínio até uma temperatura compreendida entre cerca de 850°c e cerca de 1450°C para formar um corpo de metal fundido;

(B) proporcionar um pré-molde modelado tendo pelo menos uma superfície que suporta um estrato (a), que está substancialmente amoldrdo à geometria da referida superfície, (b) que é permeável ao referido oxidante em fase de vapor e (c) que é permeável à infiltração pelo crescimento do produto da reacção de oxidação, sendo o referido pré-molde também permeável ã infiltração de um produto da reacção de oxidação de alumina do referido metal original de alumínio com um oxidante que inclui um oxidante em fase de vapor contendo oxigénio:

(C) orientar o referido pré-molde em relação ao referido corpo de metal fundido, de maneira que a formação do referido pro duto de alumina da reacção de oxidação se verifique no interior do referido pré-molde e num sentido dirigido para a referida superfície e pelo menos parcialmente no interior do referido estrato; e, à referida temperatura:

(i) fazer reagir o referido metal fundido com o referido oxidante para formar o referido produto de alumina da reacção de | oxidação;

(ii) manter pelo menos uma porção do referido produto de alumina da reacção de oxidação em contacto com o referido metal fundido e o referido oxidante e entre os mesmos, para progressivamente transportar metal fundido através do referido produto de alumina da reacção de oxidação no sentido do oxidante de modo que continue a formar-se produto de alumina da reacção de oxidação na interface entre o referido oxidante e o produto de alumina da reacção de oxidação anteriormente formado que se infiltrou no pré-molde;

I (iii) continuar a referida reacção para infiltrar pelo menos uma porção do referido estrato com o referido produto da reacção de oxidação para produzir um estrato cerâmico sobrepondo-se pelo menos a uma porção do pré-molde infiltrado,apresentando o referidc estrato cerâmico uma integridade mecânica mais fraca do que a integridade mecânica do pré-molde infiltrado ; e (D) retirar da referida superfície o referido estrato cerâmico para produzir um corpo compósito cerâmico auto-suportado com a configuração do referido pré-molde e da referida superfície estabelecida pelo referido estrato.
4. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido material de enchimento compreender alumina ou carboneto de silício.
5. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

1, 2, 3 ou 4, caracterizado por o referido estrato compreender um material escolhido no grupo constituído por óxido de zircónio e óxido de háfnio, ou misturas dos mesmos.
6. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

2 ou 3, caracterizado por o referido pré-molde compreender alumina.
7. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

1 ou 2, caracterizado por o referido metal original ser um metal original de alumínio.
8. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

1 ou 2, caracterizado por o referido metal original ser escolhido no grupo constituído por silício, titânio, estanho, zircónio e háfnio.
9. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

1, 2 ou 3, caracterizado por o referido oxidante incluir pelo menos um do grupo constituído pelos oxidantes sólidos^os oxidantes lícui

-43dos ou combinações de oxidantes sólidos e oxidantes líquidos incorporado no referido material de enchimento ou no referido pré-molde.
10. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o oxidante sólido ser escolhido no grupo constituído pela sílica, o carbono, os carbonetos redutíveis, o boro ou os | boretos redutíveis.
11. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

1 ou 2, caracterizado por o referido oxidante ser escolhido no grupo constituído por um gás contento oxigénio, um gás contendo azoto, um halogéneo, enxofre, fósforo, arsénio, carbono, boro, selénio, telúrio, uma mistura H^/H^O, metano, etano, propano, acetileno, etileno, propileno, sílica e uma mistura CO/CC^, ou misturas dos mesmos.

►
12. - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o referido oxidante ser um gás contendo oxigénio.
13. - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o referido oxidante compreender um gás contendo azoto.
14. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindidicações 1, 2 ou 3,caracterizado por o referido material de enchimento ou o referido pré-molde compreender um material escolhido no r

/

X____ grupo constituído por corpos ocos, partículas, pós, fibras, fios emaranhados,esferas, bolhas, lã de aço, placas, agregado, aramesj hastes, barras, plaquetas, bolas, tubos, tecido refractário e fibroso, túbulos ou misturas dos mesmos.
15. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1,2 ou 3, caracterizado por o referido material de enchimento ou o referido pré-molde compreender material escolhido no grupo constituído por um ou vários óxidos, boretos, nitretos ou carbonetos de um metal escolhido no grupo constituído por alumínio, cério, háfnio, lantânio, neodímio, praseodímio, samário, escândio, tório, urânio, ítrio e zircõnio.
16. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações, 1, 2 ou 3, caracterizado por o referido material de enchimento ou o referido pré-molde compreender um material escolhido no grupo constituído por um ou mais entre o óxido de alumínio, o carboneto de silício, o oxinitreto de silício e alumínio, o óxido de zircónio, o titanato de bário, o nitreto de boro, o nitreto de silício, o aluminato de magnésio, liga de ferro, crómio e alumínio e o alumínio, ou misturas dos mesmos.
17. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por o referido pré-molde incluir materiais escolhidos no grupo formado pela silíca, o carboneto de silício e a alumina.
18. - Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por os referidos materiais terem dimensões das partículas compreendidas entre cerca de 10 e cerca de 1000 mesh.
19. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

2 ou 3, caracterizado por o referido pré-molde compreender fibra de carbono revestida.
20. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

1, 2 ou 3, caracterizado por incluir uma fonte do contaminante usada em associação com o referido metal original.
21. - Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por a referida fonte de contaminante compreender uma fonte de dois ou mais entre o magnésio, o zinco, o silício, o germânio, o estanho, o chumbo, o boro, o sódio, o lítio, o cálcio, o fósforo, o ítrio e um metal das terras raras.
22. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

1, 2 ou 3, caracterizado por o referido metal original ser o alumínio e incluir pelo menos uma fonte de contaminante sob a forma de liga com o referido metal original e pelo menos uma fonte de contaminante aplicada ã superfície do referido metal original
23. - Processo de acordo cora uma qualquer das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por a referida fase de remoção compreender a utilização de um jacto de areia, agitação abrasiva ou erosão por uma pasta fluida.
24. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por compreender adicionalmente o arrefecimento do referido estrato cerâmico que se sobrepõe ao referido corpo compósito cerâmico antes da referida fase de remoção,