PT86537B

PT86537B - Processo para a producao de um produto composito ceramico auto-suportado e produto assim produzido

Info

Publication number: PT86537B
Application number: PT86537A
Authority: PT
Inventors: Danny Ray White; Adam Jan Gesing; Edward Stanley Luce; Narasimba Srinivaka Raghavan
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1987-01-13
Filing date: 1988-01-12
Publication date: 1991-12-31
Also published as: KR950014719B1; DD284699A5; HU205335B; IN169041B; GR3003821T3; BR8800082A; JPS63176361A; CS276459B6; JP2645180B2; IL85071A; CS8800117A2; PT86537A; IL85071A0; DE3866550D1; NO880096D0; FI93540C; NO880096L; CA1327492C; FI880121A0; KR880008961A

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

A'presente invenção refere-se aos processos para a fabri . .. ** de corpos cerâmicos auto-suportados que compreendem carbo fetais titânlo, háfnio ou zircónio e aos produtos obti processos

Fundamentos da Invenção

Tem havido um grande interesse pelo uso da cerâmica e dos tos coíipósitos cerâmicos numa grande variedade de ap^icacões j e^éctricas e estruturais. Numerosas propriedades caíll ·?

çfes destes materiais, tais como a direza, o grau de reie, o isolamento térmico e eléctrico e a resistência b corrosão, podem ser utilizados com vantagem e .fórme o uso fina¹. Igua⁷mente, a cerâmica e os prodi industriais,

C*t 6Γ1 ti<

Êpactariedad ·|Β|Β.· Λ· /. γ· Y erosão e b roeste, conl eotópÓsitos èerâmicos proporcionam alternativas atraentes para muitos fins existentes í* '-'4»· R· . ; .$í|ÍL· ' nòiros componentes para <

apropriados.

Há no entanto várias limitações na substituição dos metais ¹ beneficaprodutos aos metais, , bem como permitem o desenvolvimento de os quais os metais ou outros materiais são pou ica e o desenvo¹ vimento e produção de componentes cerâ-

micos pare aplicações tecnologicamente avançadas são acompanha/àbs por proiPemas. Os processos conhecidos para a preparação de componentes de cerâmica envolvem a fabricação b base de pós, o malstipicamente a temperaturas e pressões elevadas, por exemplo .prensagem a quente, sinterização com reacção e prensagem a $aente com reacção. Esta tecnologia de fabricação da cerâmica aprg .•'ffct.fíí¹¹.. . sfjfe · ' , ' gente numerpsas deficiências. Essas ^imitações ou deficiências iní . :

e^uesij por exemplo, versatilidade de escaca, capacidade de produção de formas complexas, a^tos custos dos pós sinterizáveis, fa^ta de I^BKjfiaprndutibi-'*idade das propriedades do pó de 'ote para ^Ίοΐθ e contbacçao substancia*¹ na sinterização. A presente invenção vence _; '-essas cimitações ou deficiências e oferece um novo processo para 'A λ·': ,: Mi .3 produção fiáve*¹ de produtos compósitos de carbonetos metálicos ‘iWrectários.

Os carbonetos cerâmicos são bem conhecidos na técnica e têm

áènsos ε

F'· //''O' ,*p&io.

- Ê .ípR^J;i4 ' ' ' haj© uma ^:'4' .¹ qído extensivamente estudados na indústria da cerâmica. Também, os ^blBponentes destes materiais, feitos por técnicas convencionais de ^|ffocess amen^o de pós, têm conseguido um êxito industria·¹ 'imitado.

^ÊjSenvo^veuírse um processo diferente para o fabrico de carboneto de il^ício sficonizado, n que^-1 produz um corpo cerâmico avto-a^utina : do. Num ta* processo, conhecido como o processo REFEI, provoca-se a infiltração de silício fundido num pré-mn^ce pomso de carbono e car iinheto de silício. 0 silício fundido rea-e com o carbono para formar · M ¹ ’

1*,·“®® :’« 'r -·ι-·ιί' . I : ‘fi, - . ’ Çeíboneto de silício adiciona·¹ que preenche par cie mente o£ interstiei ^r> pré-mó*’!©. Os componentes cerâmicos resultantes são re'’a tive mente quebradiços, sendo constituídos por carboneto de silício e Embora este processo se tenha tornado bastante conhecido e extensa cobertura de patentes, não ha qualquer su'estão de qu w a® •s

i

Z ^:: ’í|

De facto, o silício é o a não há qualquer razão para acreditar que possam usar-se ao Qua·

Physics”

IDPAC) descritos t^Tocesso , ou outros processos com ele relacionados, sejam ^Pleaveis a outros elementos ou metais.

e^emetito do Grupo IVB do Quadro Periódico que forma um carboneto cerâmico por reacção do elemento fundido com carbono e, por ajisegulnts ztros meta|s num processo semelhante. (Toda a referência ‘^*o Periódljso é proveniente do “Handbook of Chemistry and 66a* Edição^ ^985-^986, CRC PRESS INC., Prévio Formulário ς, Art^os resistentes hs temperaturas elevadas estão

Jpfttente Americana 3 288 573 de Abos. Segundo o que preconiza esta Jgyaténte, descreve-se um produto compósito constituído por partículas ‘ite envolvidas por um invólucro de um matéria^-1 formador de caí incluindo o titânio, o zircónio, o háfnio, o vanádio, o níque o tungsténio e o silício. De ecor corpo de grafite tfcnta^o, o crómio, o moⁿibdénio,

Sà o processo desta patente, um •ente aquecido é infiltrado por uma \ outro meta* identificado, que reage

Wlΐ ^ip·

S l'e:U gfe. ffF*

.......... . ,_T i to apresente certes qualidades da grafite, a mais saliente sendo g , · resistência ao choque térmico.

; Entre os materiais, com características potência·¹ mente supe· riores para·-componentes particulares estão os cgrbonetos de metais do Grupo IVA, a saber, o titãnio, o zircónio e o háfnio. É conheci ^(fe'a produçto de carbonetos de titânío, zircónio e háfnio por um

j. « 1.JÍ, Uhh ; ijlb.

ijarocesso conhecido por síntese por auto-propapação a temperatvrs _r<*ev^da_í no qua*¹ uma mistura de pós do meta^-1 e de carbono e inf’’alaacla por aquecimento Oca·¹, de modo que a frente de combustão re• mf* tente avença rapidamente através da mistura, resultando daí a jfpllli;?' tf' ' :# massa fundida de par cia·¹ mente com porosa previasilício, ou as partículas

-Hi grafite jpara formar invólucros de carboneto em torno de ceda par '»4 ?' lisA eira. I

Devido a o produto resultante conter carbono ivre, o produ

W

¹ arboneto metálico. tm inconveniente importante des , xjo entanto, que pe¹a combi stão dos contaminantes adsorvidos ha uma forte ^ibertação de gases que provocar, ira micro g|ÍR‘'Í|t :

^estrutura porosa e heterogénea. A porosidade também pode ser produ #gida pe^a fúsão do produto da reacção no intenso caⁿor da reacção, j/s£guldo por .uma contraeção ¹oca¹izada quando da solidificação . Em pt^guns casos., pode conseguir-se uma melhoria da microestrutura, por ^p^icaçao de pressão durante ε

í. combustão.

SUr^IO DA- INVENCSO

A presente invenção proporciona genericamente um processo jqpvo e aperfeiçoado para a produção de produtos cerâmicos que inmateriais de carboneto de metais do Grupo TVA. beste sentido jj* '*». ·: ΐτ¹ ·. jii fcfttypoj o processo segundo a presente invenção compreende as fases ide formação de um corpo de meta·* origina'’, esco”hido do grupo cons «tltufdo por titânic, zircónio e •tfeeto superficial com uma massa

s^e^coo. uma fonte de carbono para iPjara formar .o seu carboneto. A porção de carbono ou a fraccão da de carbono, está presente numa quantidade estecuiométrice, re”atlvsmente ao sth¹ do 'dè o carbonô reage. 0 ^: u$ carboneto de meta·* voexitó re’atlvamente inerte, ou combinação dos mesmos.

_t’ 0 matéria¹ de enchimento de carboneto do meta¹, sob •éfe particirá í

háfnio (neta¹ do Grupo IVA), em cog jermeáve¹ de matéria¹ de enchimento reagir con o meta.·¹ origina·’ fundido f 0*i

Ca.L€ to matéria'’ de eiiChinento compreende pCo menos r<

i orna s, e misturado com a fonte de carbono para formar uma ou eito permeáve¹, o qúa¹ desejaveT ex.te e modelado cumo píé-mo^de. A¹ em disso, o ¹eito ou o pré-mo¹de podem incluir um ou

ta* çao tai

mais materiais de enchimento substancia·¹ mente inertes ou não tlv os, comei agente de reforço, tais como óxidos, tos, boretos metálicos e simi·* ares.O matéria¹ de ym carboneto de meta¹ do enchimento, também serve éxotérmica da reacção do carbonetos, enchimento, grupo IVA e/ou qualquer reac *· S nitr< il como outro material de como dVuente para contro” e da natureza meta¹ com o carbono. Convenientemente, a

P¹© como partículas de grafite misturadas com o matéria¹ de mento para constituir o

4ar,_s a fontre de carbono ta·* .corno o carboneto de ende carboneto do meta·¹ exemenchi ''eito ou o pré-mo^de porosos. Ce se desepode ser um carboneto metálico redutíve¹,

n.0¹ ibdénio, e o produto resultante compre origina¹¹ e mo^ibdenio e, optativamente, me ta^w origina*’ que não reagiu, bem como um matéria·¹ meta·¹ origina·* é aquecido ^:,/úndido. Mantém-se a temperatura e de enchimento substancia·¹ mente para formar um o contacto superficia* durante fundido na massa per me ave¹ e para permitir ou provocar a reac<

do meta** com a fonte ce carbono para formar o carconeto do me· origina*’. A infi¹tração/i eacção continua durante ur. tempo sufj.

ciente peO menos substànciaumente se compⁿetar a reacção

J ·· tr de formação ófito ce rtn ico au t o- £ up or t ad o netrado por carboneto i>o de hafnio formados qt c compreende un t ateria de exxchime ' &eia¹ fundido e o cartono realização, se se usar vr.

.1 t o pcentre o da fonte ce carbono, buna outra forma de quantidade .estequionétrica do cartono, o produto compósito inclui 3$ meta'’ origina*¹ que não reagiu.

iífllfc ff. - d 'ú..-l# > 4, |W

buma fornia de rea¹ iz&çao, o matéria·¹ de enchimento pode ser ?^e carboneto de u® meta”¹ correspondente ao meta·¹ origina·¹. Ou seja, ^L · ' : 7'’W o mete*¹ origina’’ for o titânio, o carboneto de mete·¹ usado coro ^'liateria'' de, enchimento pode ser carboneto de titânio. ;en^re caso, o produto finai compreende carboneto de titânio formado con.o prodjj to da reacçeo e carboneto de titânio con.o matéria·¹ de enchimento, rliuma forma de realização o carbone ε presente inven?ão preferida, 'to como Diateria’’ de enchin.ento (ε ém òa fonte carbond é de um meta^-1

o. carbonato de meta·¹ isado con.o matéria·¹ de enchimento for dife igina·», ; de um sistema ternário entre carbono e/ou matéria·» de enenimento ··· ^:.O'' 2. inerte e os dois metais. Em ainda outra forma de realização, o mji /teria*’ de enchimento é um composto re^ativamente inerte, ta·· como £ u® oxido, ιίε. boreto,

S· r um carboneto. Pode também usar-se un.a mistura de materiais de enchi jcrrUf>neto e não carboneto. A escolhas dos materiais de enchi

í.merxto toma pos.síve*· obter propriedades pré-determinada s ro predito compósito, resultante, como adiante se eip¹ ic? coi mais pormenor» ^eISF^v5: produto compósito des materiais de carboneto òc me·

ÈÍ|iéf^;forfirJf⁰ °Λ^€ inclui (a, o produto ^ina’’ fundico com a fonte í to de carboneto metálico e

CaàGx.a_-.I1 CiluO -UAitoJ V t uu.il

V So^-1 υ ç ão s zr 1 d a t ernár i a li*;·:;· *

1. tiv ar.ent e, r et a” or i g in c < r .. d i e v o ou e/’ou netc’’ r ; t coisa', c (c) opt^a ' OV CU1 Clit S C ci <ç|M· bno, depend e. fecr ,' ' ^Í||^tO|gih4!. ^ei: redação a

k.n&lériais de enchimento e f actcres ou ^:W

J&

: Γ;

Ιίι·.

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m· í: í «

P ática da preíente invenção, um meta·¹ or igina^-’ do gru

DESCRIDO POri-SNOFIZADA DA IIIVENJÂO ^Ι'Ιι,^Ο'ί^ίί' ; / .......

po IVA e uma massa permeava^-1 qt e compreende carbono e um ou mais í - -* l· materiais de enchimento f · g íO . ' ^r „φ . J contacto súperfiei

U í·

5e ao orientacos ΐί:Ηΐ*εΐΓε ouc o um en.

netc.·¹ redação ao outro, em origina^-’ fvndido ίσι-

tíitnio, mete·¹ origine·¹ haiL· io e 2 ircónio,

L/íe*’ativamente puro, o neta^-' existente no constituintes de Ug n μ *· cu e comercio com

0 g’up o pi.¹ 0 ou a, ou uma 'iga na qua^-1 o meta^-' origina^-1 desi constituinte

Dste posicionamento c esta oriené o principá^-1 ^{ί ν}0; T íjf : . , ₁₍ do Mtc*¹ origina^-1, e da massa perx.eávc¹ ul: em. redação ao outro ser realizados por qualquer pode Cf ocar-se & um Oito ou o¹.

;· &

e diversas maneiras.

CO!!.O execro, se Pus o ..j α' iais de lí de*¹ ados

Ct fundi carboneto ôo mesmo. Á fonte ce cari

01x0 Jje ser erm . ..........

J^: ,Carb ono e er ent ar ifund|do. e a qua

ot.

u.. a * _ í.¹ úlxet<- .

f^?ico reêrtíve _x., -i eh¹ r -15^-1

01’ 1 a,(.· ej&t^quipm a.vr x c·'men .Jlwte coi..p|et^r ca fracç çXa¹*mente, to. a a x.i <·cç o u e qu j·» qu er c ar ·- ono .m|É Mrpomsífte·’ L:ent e ou tr a s ir.; ^η *- * w '* r <

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e necessária per

CílaCl.O '.

ν'A* w ^r.

cari ono 'o.: rttς c*. ε

-c c ^- ? ..cm:, ~j c .. o,

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JíâCa^lBente ser re ativamente puro, visto que ma itas impurezas q 4 R- -y-. ' O f tipicamente associadas ao carbono, tais como o hidrogénio ou um hldrocr.rboãeto, ibertam-se como gcses hs temperaturas jroce£

Sarnento, o que produziria porosidade no produto certi.ico.

* — -H - — hS -O£ m^s apropriadas de carbono e ementar incluem, ror exempO, a gra fite, o negro de fumo e o coque de >etróeo, e o carbono pode ser . Λ a->\ amorfo ou gristaino. 0 cartono i ear

Sg ; i |

quada, ta como pó, partículas, fibras

OU si·' 1' rl-tí , è com graxhTometrias na faixa entre -325

4. C η Γ- CH ^r vi ii. C u>.a -L j er e -20 mesh e &ais preferivelmente entre cerca skL. //..¾Mí

Γ--*Λ8'Πι4;£ή Iy⁷er.

........Β/ΐ/ν,ν- ' da +00 mesh lyer e

N&s condições ao processo segundo r » .v«

L. b J ct feacçaotei^e & ser exotérmica e certas c asses, tipos ou . do carbonoso d em ser demasiado reactiv&s, donde resuta * 4e gretas e fendas no produto cerâmico. for esta razão, * ·^Λ

Vá-^órfO:'.ou-carbono em pó demasiado po or maçao o Ccrbono ^r4»X*CF CtÍVOS cr.de ser menos reactivo, jlt p *í £· tg· $ portanto inadequados cos.o fonte de carbono, < irenos que se m-ode Τβ a reacção, por exemplo peo tso de um .'-teia de enchimento apropriado* 0 carbono mais cristã ino fc e, grai 1, e sp ecx a ment e em gr anc. e s i - o c o s, ía · z · como o negro de fumo, λ gera**mente s.ais rp-opT hl· jm·' ·. / .mí;· ses de carbono a tas ente reactivas, es dimcns.C

SS:- íi- < ': Vi st vem '? 1 toderar a re? cçao. lambám ur.

h| pró-mo⁴* 5e modera a re- cqto, ao soí pomF Ί» m ' ® ,çfe meter iC jÍ|||iqÁdiante, com fmais do utiirar as c as

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r. c· c t r i a enchimento _x ·ι·ί· pofuto sca'a'c, pormenor * tc

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¹ ' — .Z V» U C cr ui..

η -r\. _v. 3 4 v r> Wu.

e>. ΐ p» cu vários

O · j C íhX'·*

Ct? i οηα ê ei. Ci

.....

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a fonte de carbono tota”¹ presente nao ultrapassa b quan e estéquiomátrica exigida para a reacção substancia^-1 mente carbono da fonte de carbono. Os carbonetos neta^icos incluem, por exemplo, o carboneto de mo·*ibdénio, o cax.

crómio , o carboneto de cobalto, o carboneto de ferro, o o de ·, Ί ir ledutív ϊί , Quando se utilizar um carboneto ire tá¹ ico

ítíve^.D meta’’ origina·¹ fundico reage para formar *

to e meta·¹ reduzido. Por exemplo, se se usarem os

v.m novo car carbonetos .--de ferro ou. de mo*’ibcénio como matéria’’ de enchimento err conjun· ^;'ΐ μ |;ão com o veta** básico tittnio, o produto compósito resultante con

S l.ffl ·:5| de tittnio e ferro ou no¹ibdénio. Desta maneira, i,n iroduz-se segundo constitui.

nte metálico, por exempfo ferro ου π .o*¹ ib o no produto acabado, o que proporciona uma certa _? obtenção de uma microestruíurs compósita e proprie

CX1L • 4 <* idaoe r μ;'-deter produzir &Ka cerâmica de carboneto de titãnio contendo o n.eta' í 1 -^Π x cUj O futura pare obter um produto que possua ur

C·

3L· mais pro * «M· gnrieòadesh

Ire vante,*Ι ,-Η

Τ ,·

r.et;·’ ori grrboneto metálico redutíve*¹ moder?

o prccess 'Λ

V.' reacçao, ut· tende e. ser exotérmico e, por conseguinte,

-S” ut Piza do

5f W&exftar pode ser paj^ticParmente 'vantajoso pc^o í

ΗIW or:, o ε'¹ teme tive ou em corr.oixiaçao cor;

C-ÍA cio p'l| r er.ctiv idade, re'' ativa -mente elevada 'c carbono, ser mcPerafa

4iV

ÍJ> fe^E '

um carbone r-S’··'- JJ . 7 . ' : ' ?W — .'.·. ' . . '«f

Numa.forma de realização da presente invenção,

Omet^icoutrizado como matéria¹¹ de enchimento pode ser de um

ao meta¹ origina¹ ou, mais } referive¹ π ente, ’uk meta’ diferente

SM,· · k - Μ .. ^: de carboneto metálico serve como matéria·¹ de enchimento no pro o fina^-1 _t For exemp'0, num conjunto de meta¹ origina¹ de titânio , Em ambos os casos, o matéria'’ de enchimen e cerboneto de tltânio como material de Ik........ '7 . . . . z - . .

enchimento no ¹eito ou no r de Une¹ u indo taríbém a ’é ambos os carbonetos, ;e presente no 'eito ou lo pe^è reacção entre o

·. ·:;·ΐ!ΐ:

fonte de cartono), o poduto fin:¹ ou seja, o carboneto do meta¹ inici no pré-mo¹de e o carboneto metálico meta¹ origina¹ e a fonte de cartono.

de enchimento ajuda s moderar

j. ^J?Ó sí-SSi ’ ÍIIjJÍU JL •v i ÇOfXlt¹ í > .

|.

h -ifWífe

CP carboneto metálico como mal ti-4% í ’* / /X reacção, devido à , àensíve¹, o que pode ser particu¹armente benéfico quando < i re.

um carbopo mais aVtamente reactivo, por exemplo negro £ pporfo. A¹ ém disso, os carbonetos de metais do Grupo IV A ** F ' a sua não reactividade e h sua absorção de c^or se utPJ.

e fumo f orman *\r /

íb, t

próprios, por exemp¹o (Erpi., )0, (Hf_vIi- _.>C e (Ar Hf., _V)C. For conseguinta, de acordo com uma forma de realização da presente in χ-enção quando um meta¹ |>r é-mo¹ de cont end o um carboneto de um meta·¹ do Grupo I7A difere.n· tai s so¹ ações só¹ ict s cn..em-se ia nle.

L>

usar _r *> C.

Gê dos c: Lcnctos

Cnt t _x ‘^ίΎ ~ ros carbonetos n η te Jo meta?, ong•A¹ ém disso, poder.

i |||Jgftfifi |b Grup

*. * |iibl f 'èstaveis, quando ^^llina*’ fundido. Esses carbonetos metálicos inCuen, po^T exemp”?

carboneto de silício, o carboneto de titânio e o carboneto Ή tungsténio# Observar-se-ú assim, que a esco'ha dos ceruonctoí: ^oe

Ί u podem usar-se mais de um carboneto metálico, como ma nehlmento, ou pode usar-se uma mistura de materiais de que pode ser pré-determinado com base nas propriedades * ¹ ' w -il·/·. ... ó

T ; metais do Grupo IVA, quer sós, quer em combinação com outros ma ; .termais d<;enchimento, também proporciona um processo vantajoso para pré-dêterminar a química e a microestrutvra e, portanto, as ; '9

Qppppriedades do produto. Em especia¹, suprime-se substancia·¹ mente e condutividade térmica, aumenta-se a resistividade e¹éctrica ^!.-e me¹hora-se a dureza por formação das soluções sólidas. A propor re^ati^a dos dois ou mais componentes na solução sólida pode W .controlada, quer formando uma ¹iga do corpo de meta·¹, quer pro fracionando uma mistura de carbonetos em pó no pré-mo''de ou no ** ei , ^b >· t ^: ’ f .poroso g'· Se se desejar, ambos os carbonetos podem ser do mes' ri ϊ h - ·^;··^:| no meta·’, í „4 I ‘ ^r .

;j#i, , 4

.. .teria'¹ de 1 \ enchimento jt atendida:

*;' 0 matéria’’ de enchimento utilizado em conjunção com a fonte

I· j; · 1| _jr4e carbono deve ter um ponto de fusão suficientemente elevado para manter a estabilidade nas condições do processo. Tipicamente, 0 pon - to-de fusSo do matéria·¹ de enchimento é escolhido de modo a ser suW4'V3- s:3 : ÍBÍ £ perior so .-ponto de fusão do meta¹ origina¹ e h temperatura do proces^rf’ so. A temperatura do processo pode ser baixada um pouco, uti¹izando $ V . - jtí úgí , „|t ⁴ I £ ‘'iga <o meta** origina¹ com um ponto de fusão mais baixo que o do yfcèta*» origina** puro, podendo então uti^izar-se no processo um materí« j„ de enchimento com um ponto de fusão correspondente mente mais baixo.

Sei do produto fina·¹ .

undo a presente invenção, co^oca-se um corpo fvndico de ina¹ em contacto íntino com massa ou 'eito permeáveis ao superfície ou zona dos mesmos que compreende matéria’’ de e uma fonte de carbono. 0 'eito pode ser orientado re^a ao méta¹ oripina'' de qua¹qver maneira, desce que o senti

................. Oà % meta'’ ori| i -longo dumi í; . , . enfchi mentí d o/des envolvi mento da infiltração do meta^-1 e do produto ca reaccao

•*2 ΐΰ'·.

i'Μ,

I!’ desejar, pode incorporar-se vm ou mais materiais de enchirento dirigidos para pe^o menos uma porção do eito penetrem no kc&híu, sem |perturbar substancia·*mente ou desbocar o mesmo. Se se »„

L substancia·¹ mente inertes ou não recetivos

-h»o no ‘'eito ou no pré-mo^de. Os materiais apropriados podem ser escolhidos entre os nas condições co proces

Ge enchimento inertes

E óxidos, boretos, nitre •S e carbonetos dos netais a^tmínio, titãnio, zircónio aáfnío,

C f

ΠΙ|/·^: í^,Λ: enchimento inertes podem ser utilizáveis, para conferir as pr&

’.í.

finais desejadas h estrutura compósita. Quaisquer dos

LKateriais de enchimento usacos no ‘'eito podem compreende? fibras „ .«*

C «Ι.piΐ ^: | lúcido refractário, espuma £*| , fios éi; ar aunado s, partículas, pós, barras, de certmica reticulada, placas, plaque

.....,........ . i esferas maciças e esferas ocas. // ém disfo, o ''eito ou o dos materiais originais podem ser homogéneos ou aetero w

•í !'h lim ocesso particu¹ ar-mente eficaz, para a rer^iz-cão nYti ei a formação do ''eito ch fonte de

_;ϊ bono e cio matéria*¹ ou materiais de enchimento, como

7ΐ'.' ; a forma correspondente b georetria desejada da peça ^i;!l'S ^:· ·» _t 0 píé-mo^de j ode ser preparado por quaisquer processos coz o x or comr.reosao .1 .1 _r·- G-.

sedimentar, jor ΐ'Ρΐ ?ãa yar i itf., * ¢.0^ dação por injecçãc, por em o¹ emento fc fi^arentos

r..,ais nhrof.os, etc.;, conrorme as caracterisircas c:.r,.i e dos materiais de enchimento. A 'igação inicia'’ das ou fibres antes da infiltração recetiva, pode obter-se lc-.rtícu

Λ-

ji,*·

·. »v ·. Á Λ s erga,

nicos ou inorgânicos que não interfiram no processo ou contribuam ^: com subprodfatos indesejáveis para o material acabado. 0 pré-mo^de e fabricado para ter vr-iS integridede de forrresií tância eu. verde suficientes, e deve ser permeáve³ ao trens} orte do meta·¹

A porosidade preferida.do jré-mo'’de dejende de vários faj£ tores, incluindo a redação entre o reagente ce carbono e o matéria’’ de enchimento inerte, o desenvo** vimento volumétrico co referi quantidade de poros (se existirem), necessários no pro-dito da o car reac

Çao» Essa porosidade pode, opt ativam ente ser preenchida por meta·¹ básico fundido, se estiver presente em excesso em redação 1 quantidade estequiométrica para a formação preferida do pré-mo’’de esta* entre mais ou menos >

e, mais preferivelmente, entre cerca de 35 e 6c.í, numa ou mais das suas superfícies durante completar- a. infiltração reactiva co meta^-1

4- o matriz cue se estende através p-erficiais e, de preferência, meta^-1 or or igina’’ do pre-mc’’ de até ros eu vo”u’..e.

suficiente para seus ⁿ li;

tes su* interstícios do pre-mo^de, com produto ca re·. cçao. 0 resulta uis corpo compósito, com uma forma çue representa estreita cu *--tIacãxs dt j-ixúgeii. owA r eci _ doLpifccu.to * n.t rida 1 sua d ido. Como

5.

quantidade co attch \-b'ieo_t c-r.-on? ;

tstecvi<.-ri.etr r»..’’ ·. e.a pro fida de fonte de cai ‘uono, j u a e v c’’ ; ar , u pos s ív t

1:.0V*

IrAI I -.'IJi:· I

.. tidade relativa do meta'' origina·¹. Quando o meta·¹ origina'’ • fonte de caíbono estiverem nas quantidades estequiometrica ¢11..01-.1 .. ] : € ^:l » ijyoprledrdeç Co cor} o compósito tendem a sei dorinad^s μ¹ cas neto de meta” origina^-1, dc maneira que , i|>?

»s condutivo ou menos ducti” ou menos

Quanco π etc-^-1

O<> i»· £·- L>

se usa um exces

C .< 111 v Li H η-Ί 12o são influenciadas ou dominadas μ¹ as pro a dúctili idade ου a auantidad e de poro? e o teor de o vYtre

..um matéria*’ compósito contendo meta' ”ivre.

||KΟ,,Οΐ· · qp |so de meta·¹'origina'’ de o.odo que nem todo o que se infiltra na nassa cu no 'eito reage, fc;Mi·,' O - d . - <

Λ|.ι.11ΙΊ.:·· 11. ii : . ... · mil·».

Jivre ou pode ser dominante em meta^-1 e, portanto a èorpo compósito ou matriz priedades do meta*» origina·¹ ^ο||ίιΙ· oopp?. '.·ο:| : ''?|d a rigidez. De preferência,

I §|to ao vo”un.e interstícia” fjí| dÍ^;!?oO._: p ta” que, depois de completada a reacção, —ta” mente preenchido ou quase comp” etamente preenchido cor.

ii¹·:, r to produto õa reacção e/ou meta^-1 que não reagiu. Isto e j <Bente cesejáve*¹ na-produção de um corpo sul· st anc ia” mente í'· · de poros esta to articu^-1 ar iftp · i (denso).

ser., poros

ra>	P’’	chapa ou
_;.ôkL<	10 0 id	.uLa i ont e

	.ai eu	m matéria

ática da presente · í- X lú. ICÍi^r.th l C j - c invenção, o precursor jo ' ÁI; ' oont v o u t ut· meta” c.o ur uj. u - > r. · .q. i at i¹· ar

..

ÍV* p : _: •nio, etc, 2tta composição vu conjunto pode ^‘Xéii iíW '

Ά· x -c32eii.. U 0Γ _ OliJ t cl ser env /

> ^c,111 c ; O’’c *aC r·

UL. 11. c.

.a” inerte e, tipicamente er forma de partículas, cu» tóc^hfcve” íêH meta” fundido nem reactivo cor. o mesmo, n: do processo, e ι'·:,.- :..' ,·'· ’· «

............ ' ..

ΙίίιΑϊΐΙ > r r || jutro leCi· lc:.‘.c ’ úii r-C

J

... ií tário. A §jíperfície superior do meta*¹ origina^-1 pode ficar ta, ou o meta·¹ origina*¹ jode ficar comp*’etamente embebido expôs;

ou .0 'eito de fonte de carbono d de materic·* de enchireg envolvido

X·

m pode omitir-se o 'eito inerte circmdente. _-ste con

... i' oesdo nt r. forno e aquecido numa atmosfera inerte, ta*¹ on, acima do ponto de fusão do meta·' origina’’, nas, ente, abaixo co ponto de fusão do carboneto de met;.*¹' sejado ce modo a formai- ur; corpo ou porção do meta*’ fa^ eender-se-á que a faixa de temperaturas operáve*¹ ou a leratira preferida não podem estender-se por todo este interva de temperaturas defenderá er grande porte de factores composição do meta·¹ origina*’ >ono e dos materiais de enchimento. 0 meta’’ fundido contacta e a escolha da fonte ce de carbono e forma-se um carboneto de met c origina^-1 o da reacção. Por exposição continuada k fonte de car a^-1 fundido restante é grad ativam ente arrastado no sen £8 que contem a fonte de carbono e } ara c seu interior, cionat a forma contínua de produto da reacvão. C ...ateito produzido por este processo, compreende o produto * do meta*¹ origina*¹ com a fonte Ge ca^r-bono e o matéria''’ to. Ge o mete*¹ original for una liga, o produto compó •í quer e^er.entos que resgiram, quer outros êii.''^:ô produto .compósita pode incluir neta'

u. 4 iberlr 'c ^vest tan carboi.etos n etílicos· de ura so~u'ãc so_i na ter enenionetos. de metais do Grupo I\>. õe iena*¹ , como atrás se expícou. produtos produzidos μ-ο processo segundo a :recente to corpos auíc-suj ortados re'atrvr.uente fumos, cfre-

ι6

Λ - :

sentando i^a mícroestrutura metá”ica e/ou cerâmica dades do j^oduto podem ser variadas fina**, por exemplo pe”a esco”ha dos carboneto de um meta’’ emp” amente, conforme o uso materiais de enchimento de pe”a escolha de outros r.udo Grupo IV A, .terlais de enchimento

-vcaríono. For exemplo, inertes e pe^a redação entre o meta” e c ur. produto de li/TiC, feito por infi”tra $ão de um ^eito de carbono de titânio, poderia ser e carboneto ce titânio, cor ur eo.Cés

L< t-1 Iztc-GO IáU Í--Í3 2-^Çg- 0 ê tí S íí f u C. »

A fig. ” representa

qua¹ a presente invenção pode ser rea”izada na prática. 0 apare ’ho compreende um cadinho de grafite cilíndrico um forro ão forro meter 18¹ interior (]] ) de carboneto de titânio.

’φ é parcia^mente preenchida com un. ” eito (”0), jrovido de

A cavid.--de dentro dê enchimento cie é constituído por tx <3e enchimento,

íeis” do Grupo meta” origina'’

A o - A <

enchimento, re” ativam ente inertes, tais cor?o formador de carboneto está err.bel c-Ll' de cadinho de grafite e seu conteúdo s?o 'um forno, por exemplo, no interior do indizi^o

Ϊ· . . condu

ÍB®S3O.:WS»·;

b··¹ r forno >0 dominantemente ror irradia?ao. 0 do ca”or da parede do c<‘Vinho pa

S?® · . ; ··?· 4 ^í!ísiil£O?' _ .· A .

urão.

íi.· pirómetro óptico (não representado; e eis;

/mente por cima do aparfnc e focado sobr-c o in ΐΗϊί’-·'!· ,.

para o de ipduçao (não representado;. Nesse caso, a iransfe?*ncia 'Ί:

Ca”or do iniisido para o parede exte •v· se pre

- âi.cla ç o i orno.

o ;r Incida' 'u t _r ÍGT e o contro'e da t enp era tora

Ííí:p4^r ce;c’ito foi use/o na s seg € í‘ ·

1Z

-li’

Os exemplos ¹, 2 e 3 demonstram a conversão do meta¹ titjg nlo em carboneto de titãnio, por reacção com o carbono no interior do matéria? de enchiuento de carboneto ce titSnio, bma.baria de sete titanio coir pureza de 99,7/í (c<A^pha

Froduct Diyision de XOi.iOâ THIOiíOL), com 2,7 mi ím-elros- de dia metro e 29,5 milímetros de a 'tira constituindo 0,35¹ mo es de

Ti, constituía o corpo de meta¹ origina¹ da fig. 0 eito de mg teria* de enchimento consistia em 0,35^ mo es de. carbono (na forma de grafite de -·*00 meshj e 0,023 ruCes de pó de carboneto de (também do fornecedor atrás mencionado).

titâJE110 seguij·.

te:

Opbida em rampa até ¹5uO°C, em 30 minutos, numa atrosfere com um cauda¹ de árgon de 5 itros por minuto.

- Impregnação a ¹500°C durante “Ό minutes.

var

- Stbida em rampa até ¹700°C, em > minutos.

Quapdo a temperatira indicada chegou aos 1Ó9O°C, fez-se ee té 165õ°C a mesma até un. pico de 2200°C, seguido por uma qu — manutenção a l/uo C cursn-e ci ixCO Π_liL* lOS t

- Arrefecimento.

Constatou-se, após o res 1 r j.· ar. ento, que se ί *' ,—,τ· ^r' ¹

C J-ÃAiií', J» Vl U.G de I um microscópio optico. x oi evidente que o :;.e

..pio havia penetrado no meter ir,¹ e enchimento e reagiu comp etan en fe;P, ZZ U.'._ ' ' vi* |.

te no mesmo, para formar carboneto de titanio novo. 3ste utii..o cor.s (i, ^e

tltuinte escava presente como uma matriz que

BTas do matéria·* de enchimento de carboneto penetrava nas part£ de titânio e fornep ceu um produto compósito coeso.

Embebeu-se uma haste de titânio com a pur67a oe /9 im diâmetro de 12,7 milímetros e uma a** tuia de 29,0 mf ím eirós tO,3U8 mo·’et) num ]eito de matéria·* de enchimento constituído par ),29 mo^es de carbono na forma de negro de acetileno e 0,29 mo^es ϊό matéria·* de enchimento de carboneto de titânio.

cadinho e o seu conteúdo foram aquecidos pe^o processo se juinte:

ate ·*55θ^Ο0, en. 9θ minutos, sob un cauda^-* íé áigon minuto.

/·.

de 3 Utros por

Impregnação a ^Ί25Ο°Ο, durante bubida em rampa ate ’700°C.

Desligação do fornecimento de temperatura continuou a subir

Arrefecimento.

Como r.o exemjO ⁿ , formou-se uma cavidade na zona origina

i.ente ocupada pe^o n.etP . Por exame mi cr ocs t rutura^-* do produto da ^kaacção tornou-se evicentc que i&tei-ifc·* de _;ex*cnin.ento e retg :&r novo carboneto de titT.nio,

o meta·'	. . . A · uuuunio	t Ιίύέ j. tL' -1 ^r ’ '·	1\3
o Qy.^	eu amente	nu resuo, prr..
fornece	ndo um pr	odutc co-spós* to	x_> -J U.,

;o de titânio c carboneto de titânio.

//•7

EXEF.FIO 3 //

Embebeu-se uma barre de metal titânio coi· a pureza de 99,7%,

«.ί / // 5 p con

Kí·., ' s*<

i2,7 mi^-*ímetros de diâmetro e 30,0 #®363 mo^eí) num 'eito de matéria·¹ de π;!·¹ ímelros enchirrento de comprimento por 0,25 no^es

FdQ..choque de petróleo em partículas de

W de ca?boneto de titãnio.

s ès do eye.^-o

J\* BK... ;

É2w Observou-se urra cavidade idêntica, depois do

Çi·. ·.. 'J..< ' uprrefe cimento do cadinho e obteve-se um produto e ~ íâ[S . ' L.X txir& do produto semelhantes.

Denohstra a conversão de metaZ zircónio em flcónio por r.eacçao com carbono no intei ior do matéria'' 5 ide cçrbpneto de titânio e a formação de um procuto fina^-

4è ·· t'ittn|o e z ir cóhi o.

Γ Co**ocaram-se dois pedaços de zircónio, encaixado

B⁴ ' ^:ίί’ώ

Ke totalizando 0,09 mo·* es no cadinho d: fig. e enterras lio constituído por 0,09 mres de carbono (partícuas de grafite e|//S''/ · ·ί· /-Λ 7 /| f-^00 mesh) e * conteúdo até <77, 7 cf-rboneto de· rir um no outro de

4ll z · 0 C- g'^cr __bou-re z. ene? _o ' - j ·. · _r Ç- kx >- . — Vz C< · temperriu^T· :nou-sc /er.rce

k.H o meta*’ residua¹ que não reagiu e o 'eito de carbono/cnrentre boneto de titlnio, sob a forma de uma camada de penetração, com úma espessura de 2-3 mi’ íu.etros. 0 m neto de

RiΧ·Γ· dBX- T t ííl- 4 ^: εΐε' rerifva·’ continha carbo <'f zircónio precipitado.

Claims

Reivindicações

1. - Processo para a produção de um produto compósito cerâmico auto-suportado que compreende um material de carboneto de um metal do Grupo IVA, caracterizado por compreender:

(a) o estabelecimento, numa atmosfera substancialmente iner te, de um corpo de metal original fundido escolhido no grupo constituído por titânio, hãfnio e zircónio, em contacto superficial com uma massa permeável que compreende (i) um material de enchimento e (ii) uma fonte de carbono para reagir com o referido metal fundido, para formar o seu carboneto, estando a fracção de carbono presente na referida fonte de carbono em uma quantidade não maior do que a quantidade estequiométrica;

(b) a manutenção do referido contacto superficial durante um tempo suficiente para efectuar a infiltração do metal original fundido, no interior da referida massa permeável e permitir a reacção do referido metal original fundido com a referida fonte de carbono para formar um carboneto do metal original; e (c) a continuação da citada infiltração da referida reacção durante um tempo suficiente para completar pelo menos substancialmente a referida reacção e para assim produzir o referido produto compósito cerâmico auto-suportado.
2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido material de enchimento compreender um carboneto de titânio, de hãfnio ou de zircónio.
3. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido material de enchimento compreender um material de enchimento substancialmente inerte.

..
4. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por a referida fonte de carbono ser carbono elementar.
5. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o referido carbono ser coque de petróleo.
6. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindica ções 1, 2 ou 3, caracterizado por a referida fonte de carbono ser um carboneto metálico redutível pelo referido metal original fundido.
7. - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracteri zado por o referido carboneto metálico redutível ser escolhido no grupo constituído por carboneto de molibdénio, carboneto de crómio, carboneto de cobalto, carboneto de ferro, carboneto de níquel e carboneto de vanádio.
8. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindica ções 1, 2 ou 3, caracterizado por os referidos materiais de enchi mento serem escolhidos no grupo constituído por fibras, fios emaranhados, partículas, põs, hastes, tecido de arame, tecido refractário, espuma reticulada, placas, plaquetas, esferas maciças e esferas ocas.
9. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindica ções 1, 2 ou 3, caracterizado por a referida massa ser um prê-molde com uma forma pré-determinada e por a referida infiltração e a referida reacção se verificar em pelo menos uma parcela do volume do referido prê-molde, de modo que o referido corpo auto-suportado, obtido na fase (c) tem a configuração de uma porção do referido prê-molde.

/ .

- Ζ'
10. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por a referida massa compreender menos do que a quantidade estequiométrica da referida fonte de carbono para reagir com o referido metal original fundido de modo que nem todo o metal original fundido que se infiltra na referida massa reaja, produzindo-se assim um corpo auto-suportado contendo também metal original que não reagiu.
11. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o referido carboneto ser de um metal correspondente ao referido metal original.
12. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o referido carboneto ser de um metal diferente do referido metal original, formando assim uma solução sólida ternária dos dois metais e carbono.
13. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido material de enchimento incluir ainda material de enchimento substancialmente inerte.
14. - Produto compósito cerâmico auto-suportado, caracterizado por compreender (a) um material de enchimento de um ou mais carbonetos de um metal escolhido no grupo constituído por titânio, hãfnio e zircónio e (b) uma matriz de cerâmica que penetra no referido material de enchimento, sendo a referida matriz de cerâmica constituída essencialmente por um carboneto de um metal escolhido no grupo constituído por titânio, hãfnio e zircónio e caracterizado como sendo o produto da reacção entre um dos referidos metais e uma fonte de carbono precursor, na quantidade este quiométrica de maneira a não deixar virtualmente qualquer carbono por reagir e ser formado in situ por infiltração do metal fundido na massa do referido material de enchimento que temccmele misturada a referida fonte de carbono.
15. - Produto compósito de acordo com a reivindicação

14, caracterizado por o referido material de enchimento ser de carboneto de um metal diferente do carboneto de metal da referida matriz de cerâmica, sendo a referida matriz de cerâmica uma solução sólida ternária.
16. - Produto compósito de acordo com a reivindicação

14, caracterizado por incluir um material de enchimento adicional virtualmente inerte.