PT89652B

PT89652B - Processo para a producao de uma camada protectora num corpo ceramico e processo para a utilizacao de um corpo ceramoco

Info

Publication number: PT89652B
Application number: PT89652A
Authority: PT
Inventors: Dennis James Landini; Virgil Irick Jr; Jack Andrew Kuszyk
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1988-02-18
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1994-01-31
Also published as: AU618072B2; DK67789A; MX166452B; EP0337916B1; AU2984189A; FI890579A; NO890627D0; BR8900564A; ZA89916B; DE68909990T2; IN171214B; JP2774125B2; IL89179A; IE890382L; ATE96136T1; FI93946C; PH25970A; TR23835A; FI890579A0; NZ227919A

Description

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um processo para a produção de uma camada protectora num corpo cerâmico ou num corpo compósito cerâmico submetendo esses corpos a um ambiente que provoca a formação de uma camada protectora em pelo menos uma porção de uma superfície exterior de tais corpos. Em particular, descobriu-se que, submetendo um corpo cerâmico ou um corpo compósito cerâmico auto-suportado, o qual compreende um produto da reacção de oxidação de um metal original, a uma atmosfera ou ambiente particular, se forma uma camada protectora em tais corpos, do que resultam propriedades inesperadas e muito desejáveis de resistência à corrosão. A camada protectora é formada pela utilização de metal original residual interligado presente no produto da reacção de oxi. dação, contactando o referido metal residual também pelo menos uma superfície do compósito cerâmico.

Fundamento da invenção e pedidos de patente de invenção do mesmo proprietário

Nos últimos anos, tem havido um interesse crescente pelo uso da cerâmica para aplicações estruturais historicamente reser-2vadas aos metais. 0 ímpeto para esse interesse foi a superiorj_ dade da cerâmica relativamente a certas propriedades, tais como a resistência ã corrosão, a dureza, o modulo de elasticidade e as características refractãrias, quando comparadas com as dos me tai s .

Os esforços correntes para a produção de produtos de cerâmica mais resistentes e mais tenazes estão focalizados lar gamente sobre (1) o desenvolvimento de processos aperfeiçoados de processamento para obter cerâmica monolítica e (2) o desenvolvimento de novas composições de materiais, nomeadamente com põsitos com matriz de cerâmica. Uma estrutura compósita é uma estrutura que compreende um material heterogéneo um corpo ou um produto heterogéneos que estão infimamente combinados a fim de obter propriedades desejadas do compósito. Por exemplo, podem combinar-se infimamente dois materiais diferentes embebendo um deles numa matriz do outro. Uma estrutura compósita com matriz cerâmica compreende tipicamente uma matriz cerâmica que inclui um ou mais tipos diferentes de materiais de enchimento, tais coroo partículas, fibras, barras e similares.

Hâ varias dificuldades ou limitações conhecidas na substituição dos metais pelas cerâmicas, tais como a versatilidade de graduação, a capacidade de produzir formas complexas, a satisfação de propriedades exigidas pela aplicação final, e os custos. Vários pedidos de patente de invenção copendentes , e uma patente de invenção publicada, cedidos ã requerente do presente pedido de patente de invenção (de aqui em diante Dor vezes referidos como pedidos de patente de invenção do mesmo

proprietário), ultrapassam essas limitações ou dificuldades e pro porcionam processos novos para a produção de materiais cerâmicos de maneira fiável, incluindo compósitos. 0 processo está descrito genericamente na patente de invenção norte-americana do mesmo pro prietário N2 4 713 36O, publicada em 15 de Dezembro de 1987, em nome de MaitS. Newkirk et al. e intitulada Novel Ceramic Materiais and Methods for Making Same (uma patente de invenção correspondente foi publicada na Repartição Europeia de Patentes em 25 de Setembro de 19θ5 sob o P 0 155 831). Esta patente de inven ção descreve um processo de produção de corpos cerâmicos auto-suportados desenvolvidos como produto da reacção de oxidação de um metal original precursor fundido que reage com um oxidante em fase de vapor para formar um produto da reacção de oxidação. 0 metal fundido migra através do produto da reacção de oxidação formado para reagir com o oxidante desenvolvendo desse modo continua mente um corpo policristalino cerâmico que, se desejar, pode incluir um componente metálico interligado. 0 processo pode ser melhorado pela utilização de um ou mais contaminantes, como componentes de liga, com o metal original. Por exemplo, no caso da oxi dação de alumínio ao ar, é desejável formar uma liga de magnésio e silício com o alumínio para produzir estruturas cerâmicas de<x-alumina. Este _processo foi aperfeiçoado pela aplicação de materiais contaminantes à superfície do metal original, como se descreve no pedido de patente de invenção norte-americana N2 220.935, depositado em 23 de Junho de 1988 e aceite em 17 de Novembro de 1988, o qual é uma continuação de acordo com a Regra 62 da patente de invenção norte-americana N2 822 999, depositado em 27 de Janeiro de 1986, que é uma continuação-em-parte do pedido de patente de invenção norte-americana N2 747 7Θ8, depositado em 25 de Junho de 1985, que ê uma continuação-em-parte do pedido da patente de invenção norte-americana N2 632 636, depositado em 20 de Julho de 1984, todos depositados em nome de Marc S. Newkirk et al. e intitulados Methods of Making Self-Supporting Ceramic Materiais. Os pedidos de patente de invenção norte-americana N23. 822.999; 776.965; 747.788; e 632.636 foram abandonados em benefício do pedido de patente de invenção norte-americana aceite N2 220.935 (um pedido de patente de invenção correspondente ao pedido de patente de invenção norte-americana N2 747.788 foi publicado na Repartição Europeia de Patentes em 22 de Janeiro de 1986 sob ο N2 0 169 067).

- 4 Este fenómeno de oxidação foi utilizado na produção de corpos compósitos cerâmicos como se descreve no pedido de patente de invenção norte-americana N2 819 397 do mesmo proprietário, copendente, depositado em 17 de Janeiro de 1986 e concedida em 1 de Agosto de 1988, que é uma continuação-em-parte do pedido da patente de invenção norte-americana N2 697 876, depositado em 4 de Fevereiro de 1985 e agora abandonado, ambos em nome de Marc S. Newkirk et al. intitulados Composite Ceramic Articles and Methods of Making Same” (foi publicado um pedido de patente de in venção correspondente na Repartição Europeia de Patentes em 3 de Setembro de 1986 sob ο N2 0 193 292). Estes pedidos de patente de invenção descrevem processos novos para a produção de um corpo compósito cerâmico auto-suportado, por desenvolvimento de um produto da reacção de oxidação a partir de um metal original no int£ rior de uma massa permeável de material de enchimento (por exemplo um material de enchimento em partículas de carboneto de silício ou «m- material de enchimento em partículas de alumina) , infil trando-se desse modo o material de enchimento com uma matriz de cerâmica. Mas o compósito resultante, não tem geometria, forma ou configuração definidas ou pré-determinadas.

Um processo para a produção de corpos compósitos de cerâ mica tendo uma geometria ou forma pré-determinadas está descrito no pedido de patente de invenção norte-americana N2 861 025 do mesmo proprietário, copendente, depositado em 8 de Maio de 1986, em nome de Marc S. Newkirk et al. De acordo com o processo descri to neste pedido de patente de invenção norte-americana, o produto da reacção de oxidação em desenvolvimento infiltra-se num pré-mol^ de permeável de material de enchimento (por exemplo um material de pré-molde de carboneto de silício) num sentido dirigido para um limite de superfície definido. Descobriu-se que se obtém uma elevada fidelidade mais facilmente, proporcionando um pré-molde

de patente de invenção norte-americana N² 861 024 do mesmo proprietário, copendente, depositado em 8 de Maio de 1986 e concedida em 11 de Outubro de 1988, em nome de Marc S. Newkirk et al. Este processo produz corpos cerâmicos auto-suportados modelados incluindo compósitos de cerâmica modelados, pelo crescimento do produto da reacção de oxidação de um metal original até um meio de barreira afastado do metal para estabelecer um limite ou superfície. Compósitos cerâmicos com uma cavidade com uma geometria interior que reproduz inversamente a forma de um molde ou padrão em positivo estão descritos no pedido de patente de invenção nor te-americana N² 823 542 do mesmo proprietário, copendente, depositado em 27 de Janeiro de 1986, em nome de Marc S. Newkirk, et al., e no pedido de patente de invenção norte-americana N² 896 157, depositado ent 13 de Agosto de 1986, em nome de Marc S. Newkirk. 0 pedido de patente de invenção norte-americana N² 823.542 foi concedido ,gm. 20,_jde_Setembro de 1988 e o pedido de patente de invenção norte-americana N² 896 157 foi concedido em 14 de Dezembro de 1988.

Como se explicou nos pedidos de patente de invenção anteriores do mesmo proprietário, a utilização de materiais contaminantes pode influenciar favoravelmente ou promover o processo de reacção de oxidação. 0 silício é um contaminante utilizável com um metal original de alumínio, especialmente em combinação com outros contaminantes, e pode ser aplicado externamente sobre o metal original, por exemplo, como silício elementar ou como sílica. Como se explica no pedido de patente de invenção norte-americana N² 070 006 do mesmo proprietário, depositado em 6 de Julho de 1987, e agora abandonado, que é uma continuação-em-parte do pedido de patente de invenção norte-americana N² 908 473, depositado em 16 de Setembro de 1987, ambos em nome de H. Daniel Lesher et al., e intitulados A Method of Making Ceramic CCnrosites,o’ carboneto de silício

em partículas pode ser um material de enchimento devido às propriedades favoráveis do compósito resultante e pelo facto de o ma terial de enchimento de carboneto de silício ser particularmente compatível com o processo de crescimento da matriz. Esta compatibilidade resulta da formação, a temperaturas elevadas, de uma película de sílica nas superfícies exteriores das partículas de car boneto de silício. Assim, um pré-molde de carboneto de silício p£ de ser particularmente útil porque serve não só como material de enchimento, como também proporciona uma fonte de contaminante devido às suas propriedades intrínsecas de contaminação. Mais particularmente, uma película de sílica formada num material de carboneto de silício pode ser reduzida por metal original de alumínio fundido para produzir um contaminante de silício que promove o crescimento da matriz policristalina através do material de enchimento de carboneto de silício. Além disso, o revestimento de sílica nas partículas de carboneto de silício é vantajoso pelo facto de haver uma redução da tendência para a formação de durante o crescimento do produto da reacção de oxidação do metal original. Esse é indesejável porque é um produto instável na presença dos níveis de humí dada nonnalmente presentes do ar am biente, tendo como consequência o desprendimento de metano e a de gradação das propriedades mecânicas do corpo compósito resultante.

Além disso, como se descreve no pedido de patente de in venção norte-americana N2 908 117 do mesmo proprietário, copenden te, depositado em 16 de Setembro de 1986, e concedido em 14 de No vembro de 1988, em nome de Stanley J. Luszcz et al., e intitulado Dense Skin Ceramic Structure and Method of Making Same”, pode formar-se uma região terminal, integrada com uma primeira região.

/ -7Mais particularmente, forma-se uma primeira região, por reacção de um metal original fundido com um oxidante, para formar um produto da reacção de oxidação que, optativamente, pode incluir embebido um material de enchimento, formando desse modo um corpo c£ rãmico composito. 0 transporte de metal original fundido usado pa ra a formação da primeira região é depois atenuado ou interrompido ea primeira região é então induzida a reagir subsequentemente com um oxidante para formar uma região terminal de produto da reacção de oxidação em pelo menos uma porção de uma superfície da primeira região. A região terminal formada pode ter uma microestrutura mais fina e/ou uma composição química diferente da primeira região a parti r da qual foi formada a região terminal.

Os pedidos de patente de invenção e a patente de invenção do mesmo propr/etario atras discutidos apresentam processos para a produção de produtos compósitos de cerâmica e/ou produtos de cerã mica que resolvem algumas das limitações ou dificuldades tradicio nais na produção de produtos de cerâmica como substitutos dos metais nas aplicações finais.

E comum a todos estes pedidos de patente de invenção e ã patente de invenção do mesmo proprietário a apresentação de formas de realização de um corpo cerâmico que compreende um produto da reacção de oxidação interligado em uma ou mais dimensões/usua1 mente em três dimensões) e, se se desejar, um ou mais constituintes ou componentes metálicos. 0 volume de metal, que tipicamente inclui constituintes não oxidados do metal original e/ou metal re_ duzido a partir de um oxidante ou de um material de enchimento reactivo, deoende de factores tais como a temperatura a que se

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produz o produto da reacção de oxidação, no intervalo de tempo durante o qual se deixa prosseguir a reacção de oxidação, a composj_ ção do metal original, a presença de materiais contaminantes, a presença de constituintes reduzidos de qualquer oxidante ou de ma, teriais de enchimento reactivos, etc. Alguns dos componentes metã, licos podem ser isolados ou encaixados, mas também uma percentagem, em volume, substancial do metal pode estar ligada e acessível ou tornada acessível, a partir de uma superfície exterior do corpo de cerãmj_ ca. Verificou-se para estes corpos de cerâmica que este componente ou constituinte contendo metal (quer isolado, quer interligado) pode ir desde cerca de 1 a cerca de 40%, em volume, e por ve zes mais. 0 componente metálico pode comunicar certas propriedades favoráveis aos produtos cerâmicos, ou melhorar a eficácia dos produtos cerâmicos em muitas aplicações dos mesmos. Por exemplo, a presença de metal na estrutura cerâmica pode trazer um benefício substancial relativamente a comunicação de resistência ã fra£ tura, condutividade térmica ou condutividade eléctrica, ao corpo ce rami co.

As descrições completas dos pedidos de patente de invenção e da patente de invenção norte-ameri ca na do mesmo proprietário anteriores são aqui expressamente incorporadas por referênci a.

Defeni ções

Tal como são usados nesta memória descritiva e nas reiviji dicações anexas, os termos adiante referidos definem-se como se segue:

-9Cerâmica não deve indevidamente ser considerado como 1/ mitando-se a um corpo cerâmico no sentido clássico, isto é, no sentido de que ele e constituido integra1mente por materiais não metálicos e inorgânicos, mas sim que se refere a um corpo que é predominantemente cerâmico reiativamente quer à composição quer ãs propriedades dominantes, embora o corpo contenha quantidades minimas ou substanciais de um ou mais constituintes metálicos (isolados e/ou interligados], o mais tipicamente dentro da gama de cerca de 1 a 402 em volume, mas podendo incluir ainda mais metal .

Produto da reacção de oxidação significa um ou mais metais em qualquer estado oxidado no qual o metal ou os metais forneceram electrões a, ou partilharam electrões com um outro elemeji to, composto ou sua combinação. Por conseguinte, um produto da ; '· ' '1 ---reacção de oxidação, de acordo com esta definição, inclui o produto da reacção de um ou mais metais com um oxidante tal como o oxigénio, o azoto, um halogéneo, o enxofre, o fósforo, o arsénio, o carbono, o boro, o selénio, o telõrio,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/CO2 (como fontes de oxigénio), sendo os dois últimos (isto é FÍ^/H^O e CO/CO^.] utilizáveis na redu-· ‘ ção da actividade do oxigénio do ambiente.

Oxidante em fase de vapor, que identifica 0 oxidante co mo contendo ou sendo constituído por um gas ou vapor Darticular, significa um oxidante no qual 0 gas ou vapor identificado é 0 õnj_ co oxidante, 0 oxidante predominante ou pelo menos um oxidante

-10significativo do metal percursor, nas condições obtidas no ambieji te de oxidação utilizado. Por exemplo, embora o constituinte prin cipal do ar seja o azoto, o teor de oxigénio do ar é o único oxidante para o metal original porque o oxigénio e um oxidante significativamente mais forte do que o azoto. Portanto, o ar inclui-se na definição de um oxidante de gãs contendo oxigénio mas não na definição de um oxidante de gãs contendo azoto, tal como aqueles termos são usados aqui e nas reinvindicações . Dm exemplo de um oxidante de gãs contendo azoto é o gãs de formação, que ti picamente contem cerca de 96%, em yolume, de azoto e cerca de 4% em volume, de hidrogénio.

Metal original refere-se ao metal (por exemplo alumí- _ nio) que e o precursor do produto da reacção de oxidação policris_ talino, e i n c l_u i esse metal como um metal relativamente puro ou um metal disponível comereialmente com impurezas e/ou constituintes de liga, ou uma liga na qual esse metal precursor é o constituinte principal; e, quando se menciona um metal específico como metal precursor, por exemplo alumínio, o metal identificado deve ser considerado tendo em mente esta definição, a menos que o contexto indique o contrário.

Carcaça de metal original refere-se a qualquer porção do corpo original de metal original restante que não foi consumido durante a formação do corpo compósito cerâmico e, tipicamente, que se mantém em contacto pelo menos parcial com o corpo compósito cerâmico formado. Deve entender-se que a carcaça pode também tipicamente incluir alguns constituintes do metal original oxidados em s i conti dos.

A expressão material de enchimento, tal como é aqui usa da, deve incluir quer constituintes simples quer misturas de constituintes que são substancialmente não reactivos, podendo ser monofásicos ou multifásicos. Os materiais de enchimento podenser pro porcionados numa ampla variedade de formas, tais como pós, flocos, plaquetas, microesferas, filamentos enredados, bolhas, etc., poden do ser densos ou porosos.

Sumário da Invenção

A presente invenção refere-se a um processo para a produção de uma camada protectora num corpo cerâmico ou num corpo comp£ sito cerâmico e a um processo de utilização de um corpo de cerâmica ou um corpo compósito de cerâmica num ambiente que faz com que o corpo se torne pelo menos parcialmente revestido com partículas arrastadas numa corrente de gases de saída, partículas essas que podem então interactuar com o corpo para formar uma camada protectora na superfície do corpo.

Por uma questão de brevidade, aqui serão referidos principalmente os corpos compósitos cerâmicos. No entanto, deve entender-se que os corpos cerâmicos (isto é, corpos que não incluem um material de enchimento) são também susceptiveis de ser modificados pelo processo segundo a presente invenção e também podem ser usados no ambiente atrás mencionado, donde resultará a formação de uma camada protectora.

Os corpos compósitos cerâmicos são obtidos por infiltração de um material de enchimento, tendo o material de enchimento a configuração de uma massa não ligada ou de um pré-molde, com um

-12produto da reacçao de oxidaçao de um metal original fundido (por exemplo aluminio) com um oxidante.

Mais particularmente, numa forma de realização da presente invenção um corpo compósito cerâmico auto-suportado pode ser produzido modelando um material de enchimento apropriado, tal como um material de enchimento de alumina ou um material de enchimento de carboneto de silíco pré-cozido, para se obter um pre-moj_ de, utilizando uma técnica de modelação apropriada, tal como, por exemplo, a modelação a partir de uma pasta fluida, a modelação u por sedimentação, a compressão em seco, etc. 0 pré-molde pode levar sobre si pelo menos parcialmente um material de barreira que ajuda a definir uma superfície exterior do corpo cerâmico compósito resultante, inibindo ou atenuando o crescimento do produto da reacção de oxidação. 0 material de enchimento modelado sob a forma de um pré-molde e depois posicionado ou orientado adjacente ao metal original de modo que se verifique a formação de um produto da reacção de oxidação do metal original num sentido dirigido para o oxidante e para o interior do pré-molde e, além disso, no sentido dos meios de barreira, se estes forem usados. Aquece-se o metal original até uma temperetura superior ao ponto de fusão do mesmo mas inferior ao ponto de fusão do seu produto da reacção de oxidação, para formar um corpo de metal fundido. A esta temperatu ra, ou dentro desta gama de tempera turas, o metal fundido reage coro o oxidante para formar o produto da reacção da oxidação. Pelo menos uma porção do produto da reacção de oxidação é mantida em contacto com o metal fundido e o oxidante, e entre os dois, para retirar metal fundido através do produto da reacção de oxidação no sentido do oxidante e em contacto com o mesmo de modo que con-

tinue a formar-se produto da reacção de oxidação fresco na interface entre o oxidante e o produto da reacção de oxidação formado anteriormente, infiltrando-se assim no pré-molde adjacente. Continua-se a reacção durante um tempo suficiente para infiltrar pelo menos uma porção do pré-molde com um material po1icrista 1ino constituído essencialmente por produto da reacção de oxidação do metal original e, optativamente, pelo menos um constituinte metálico não oxidado que esta disperso ou distribuído por todo o material policristalino. 0 pré-molde deve ser suficientemente permeável para permitir ou adaptar-se ao crescimento do produto da reacção de oxidação no interior do pre-molde, e para permitir que o oxidante gasoso atravesse os poros do pré-molde e entre em contacto com o metal original fundido. Deve compreender-se que o material da matriz poli cri s_ talino pode apresentar espaços vazios ou porosidade em vez da fase metálica, mas a percentagem, em volume, de espaços vazios dependera grandemente de condições tais como a temperatura, o tempo, os contaminantes e o tipo de metal original, Se se usar um meio de barreira, o corpo cerâmico compósito continuara a crescer atê ã barreira, desde que esteja presente metal original suficiente para permitir um tal crescimento.

corpo cerâmico compósito resultante produzido de acordo com os processos atrás descritos pode então expor-se a um ambiente que provoca a formação de uma camada Drotectora em pelo menos uma porção de uma superfície exterior do corpo cerâ mico compósito. Por exemplo, numa primeira forma de realização da presente invenção, o desenyol yimento do corpo cerâmico com-, põsito atrás descrito é alterado modificando o oxidante a que o metal original é exposto. Especificamente, o oxidante, quer seja um oxidante em fase de vapor, um oxidante em fase sólida ou qualquer combinação de oxidantes em fase de vapor e em fase sólida, pode ser modificado para conduzir à formação da camada protectora atrás mencionada. Em alternativa, numa segunda forma de realização da presente invenção, o corpo cerâmico compósito atrás descrito pode ser formado completamente e separado da sua carcaça de metal original, podendo depois submeter-se o corpo cerâmico compósito resultante a um oxidante diferente (por exemplo um oxidante em fase de vapor diferente). Na primeira forma de realização da presente invenção, o metal original pode ser fornecido continuamente ao processo, mas na segunda forma de realização o metal original disponível para a reacção compreende principalmente metal original residual que está presente no corpo cerâmico compósito. Assim, a camada protectora na segunda forma de realização pode ser formada devido ao consumo de metal original residual a partir do corpo cerâmico compósito primeiramente formado.

Descobriu-se que, quando se submete o corpo cerâmico compósito atrás descrito a um oxidante que inclui o produto de combustão estequiométrico da reacção de gás natural com ar, combinado com uma solução de silicato de sódio formando assim conjuntamente uma corrente gasosa de saída que arrastou, por exemplo, partículas de silicato de sódio, se formará uma camada protectora sobre pelo menos uma porção de uma superfície exterior dos corpos compósitos descritos anteriormente. Esta descoberta é significativa e constitui uma contribuição técnica importante.

Breve descrição dos desenhos

A fig. 1 é um corte transversal que mostra um conjunto usado para produzir um corpo cerâmico compósito;

A fig. 2 é um desenho esquemático que mostra um aparelho que pode ser usado para expor um corpo cerâmico compósito a um ambiente gasoso particular; e

As fig. 3 a 5 são micrografias Ópticas com a ampliação 50 X que mostram o desenvolvimento de uma camada protectora a partir de um corpo cerâmico compósito.

Des cri ção pormenorizada da invenção e formas de realização preferidas

Para formar um corpo cerâmico compósito que se destina a ser usado de acordo coro o processo segundo a presente invenção, prepara-se um metal original, que pode ser contaminado co mo se explica adiante com mais pormenor, sendo esse metal original o precursor para o produto da reacção de oxidação, com a forma de um ligote, de um bilete (pequena barra), de uma barra, de uma placa ou similar, e colocasse no interior de um leito inerte, num cadinho o.u noutro recipiente refractario. 0 metal original pode ser constituído por uma ou mais peças e pode ser apropriadamente modelado por qualquer meio adequado. Prepara-se uma massa permeável de material de enchimento ou, numa forma de realização preferida, um prê-molde (adiante descrito com mais pormenor) permeável e modelado, de modo a ter pelo menos um li

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mi te superficial definido e a ser permeável ao oxidante em fase de vapor, quando se usa esse oxidante em fase de vapor, e para ser permeável ao produto da reacção de oxidação que se infiltra. Coloca-se o pré-molde adjacente, de preferência em contacto, ao metal original, pelo menos a uma superfície ou a uma porção da superfície do mesmo, de modo que pelo menos uma porção do 1 i te superficial do pré-moIde fique genericamente posicionado a uma certa distância, ou afastado para fora da superfície do metal original. De preferencia, o pré-molde fica em contacto com uma área da superficie do metal original; mas, se se desejar, o pré-molde pode ficar parcialmente imerso, mas não totalmente imerso, no metal fundido. A imersão total cortaria ou bloquearia o acesso do oxidante em fase de vapor ao interior do pré-molde e inibiria assim o desenvolvimento apropriado do produto da rea£çã,o.._ii£„oxi dação que se embebe no pré-molde. Contudo, a quando não for usado um oxidante em fase de vapor (isto e, se o único oxidante usado no processo nas condições do mesmo for um oxidante sólido ou um oxidante líquido), então a imersão total, se for necessária, do pré-molde num metal original fundido torna-se uma alternativa viável. A formação do produto da reacção de oxidação ocorrerá num sentido dirigido para o limite superficial definido. Coloca-se o conjunto do metal original e do pré-molde permeável num recipiente apropriado e no interior de um forno. A atmosfera no forno é um oxidante para permitir que se yerifique a oxidação pelo oxidante em fase de vapor do metal original fundido. Aquece-se depois o forno até ãs condições do processo.

Um pré-molde utilizável no fabrico de um corpo compõsi

-17 r sito, quando pelo menos um oxidante ê um oxidante em fase de va por, é um prê-molde suficientemente poroso ou permeável para permitir que o oxidante em fase de vapor atravesse os poros para o interior do pre-molde de modo a entrar em contacto com o metal original. 0 prê-molde deve também ser suficientemente permeável para se adaptar ao desenvolvimento ou crescimento do produto da reacção da combustão sob a forma de uma matriz no interior do prê-molde, sem perturbar, desorganizar ou alterar de qualquer outro modo a configuração ou geometria do prê-molde.

Pode utilizar-se um oxidante em fase sólida, líquida.ou de vapor ou uma combinação desses oxidantes. Por exemplo, os oxidantes típicos incluem, sem limitação, o oxigénio, o azoto, um halogéneo, o enxofre, o fósforo, o arsenio, o carbono, o boro, o selênio, o telúrio e/ou compostos e combinações dos mesmos, por exemplo sílica ou silicatos (como fonte de oxigénio), o metano, o etano, o propano, o acetileno,o etileno e o propile no (como fontes de carbono), e misturas tais como ar, e

CO/CC>2 (como fontes de oxigénio), sendo as duas últimas utilizã veis para reduzir a actividade do oxigénio do ambiente. Por co£ seguinte, a estrutura cerâmica segundo a presente invenção pode compreender um produto da reacção de oxidação que inclui um ou mais de entre óxidos, nitretos, carbonetos, boretos e oxinitretos. Mais especificamente, o produto da reacção de oxidação pode, por exemplo, ser um ou mais de entre Óxido de alumínio, nitre to de alumínio, carboneto de silício, boreto de silício, boreto de alumínio, nitreto de titãnio, nitreto de zircónio, bor£ to de titãnio, boreto de zircónio, nitreto de silício, boreto de hãfnio e oxido de estanho. Embora a reacção de oxidação se ja descrita como utilizando vulgarmente um oxidante em fase de vapor, quer sõ, quer em associação com um oxidante que é um sólido ou um liquido nas condições do processo, deve entender-se que a utilização de um oxidante em fase de vapor não é necessária para produzir o corpo cerâmico pri meiramente formado. Quando não se utiliza um oxidante em fase de vapor e se utiliza um oxidante que é um solido ou um líquido nas condições do processo, o pré-molde não precisa de ser permeável â atmosfera circu£ dante. Contudo, o pré-molde deve ainda ser suficientemente permeável para se adaptar ao desenvolvimento ou crescimento do pr£ duto da reacção de oxidação como uma matriz no interior do pre-roolde, sem perturbar, desorganizar ou de qualquer outro modo alterar substancialmente a configuração ou geometria do pré-moj_ de .

A utilização de oxidantes sólidos ou líquidos no interior do pré-molde pode criar um ambiente mais favorável para a cinética de oxidação do metal original do que o ambiente exterior ao pré-molde. Este ambiente melhorar é benéfico para a pr£ moção do desenvolvimento da matriz no interior do pré-molde até ao limite da fronteira e para minimizar o crescimento em excesso. Quando se utiliza um oxidante solido, ele pode estar disper so por todo o pré-molde ou por uma porção do pré-molde adjacente ao metal ori ginal por exemplo sob a forma de um material em partículas e misturado com o pré-molde, ou pode ser usado como revestimentos nas partículas que constituem o pré-molde. Os oxidantes sol idos apropriados podem inclir elementos apropriados, tais como boro ou carbono, ou com postos redutíveis apropriados, tais como dioxido de silício (co mo fonte de oxigénio] ou certos boretos com estabilidade termo-

-19dinamica menor do que a do produto da reacção boreto do metal original .

Se se utilizar um oxidante líquido, este último pode es_ tar disperso por todo o pre-molde ou por uma porção do mesmo _ adjacente ao metal fundido. A referência a um oxidante líquido significa um oxidante que e líquido nas condições da reacção de oxidação, podendo portanto um oxidante líquido ter um precursor sólido, tal como um sal, que estã fundido ou é líquido nas condições da reacção de oxidação. Em alternativa, o oxidante 1 íqu do pode ter um precursor líquido, por exemplo uma solução de um material, que ê usado para revestir uma parte ou todas as superfícies porosas do prê-molde e que funde ou se decompõe nas condições do processo para proporcionar uma fracção oxidante apropriada. Nos exemplos de oxidantes líquidos como aqui se definem incluem-se os vidros de baixo ponto de fusão.

Como se explica nos pedidos de patente de invenção do mesmo requerente, a adição de materiais contaminantes, em conjunção com, por exemplo, o metal original de alumínio, pode influenciar favoravelmente o processo da reacção de oxidação. A função ou funções do material contaminante podem depender de um certo número de factores diferentes do próprio material contaminante. Esses factores incluem, por exemplo, o produto final desejado, a combinação particular de contaminantes, quando se utilizarem dois ou mais contaminantes, o uso de um contaminante aplicado exteriormente em combinação com um contaminante de liga, a concentração do contaminante, o ambiente oxidante e as condições do processo.

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contaminante ou os contaminantes usados em conjunto com o metal original (1) podem ser proporei onados como componer^ tes de liga do metal original, ou (2) podem ser aplicados a pelo menos uma porção da superfície do metal original, ou pode utilizar-se qualquer combinação das técnicas (1) e (2). Por exemplo, pode usar-se um contaminante como componente de liga em combinação com um contaminante aplicado exteriormente. Pode proporeionar-se uma fonte do contaminante colocando ou um pÕ do contaminante ou um corpo rígido do contaminante em contacto com pelo menos uma porção da superfície do metal original. Por exem pio, pode colocar-se uma folha fina de vidro contendo sílica s o bre uma superfície do metal original de alumínio. Quando se aquecer o metal original de alumínio (que pode estar contaminado internamente com Mg), a que se sobrepôs o material contendo sílicio, num ambiente oxidante Qpor exemplo, no caso do alumínio no ar, entre cerca de 850°C e cerca de 1 450°C, de preferéji cia entre cerca de 900°C e cerca de 1 350°C), verifica-se o c crescimento do material cerâmico policrista 1ino. No caso de o contaminante ser aplicado exteriormente a pelo menos uma Dorção da superfície do metal original de alumínio, a estrutura de õxi do de alumínio policristalina geralmente cresce substancia 1 mente para além da camada de contaminantes (isto é, para além da profundidade da camada de contaminante aplicado). Em qualquer dos casos, podem aplicar-se um ou mais dos contaminantes exteriormente ã superfície do metal original. Adi ci onal mente, quais_ quer deficiências da concentração dos contaminantes componentes de liga no interior do metal original podem ser aumentadas por concentração adicional do contaminante ou dos contaminantes res^ pectivos aplicados exteriormente ao metal original.

Os contaminantes utilizáveis para um metal original de alumínio, em particular com ar como oxidante, incluem, por exem pio, o magnésio, o zinco e o silício, uns em combinação com os outros ou em combinação com outros contaminantes adiante descritos. Estes metais, ou uma fonte apropriada dos metais, podem ser usados como componentes de liga no metal original ã base de alumínio, com concentrações, para cada um deles, compreendidos entre cerca de 0,1 e 10%, em peso, com base no peso total do me tal contaminado total. Parece que concentrações dentro destas gamas iniciam o crescimento da cerâmico, melhoram o transporte do metal e influenciam favoravelmente a morfologia do crescimeji to do produto da reacção de oxidação resultante. A gama de concentrações para qualquer dos contaminantes dependerá de factores tais como a combinação de contaminantes e a temperatura do processo..........

Outros contaminantes que são eficientes na promoção do crescimento do produto da reacção de oxidação po1icristalino alumina, a partir de sistemas com metal original de alumínio são, por exemplo, o germãnio, o estanho e o chumbo, especialmen te quando usados em combinação com o magnésio. Um ou mais destes outros contaminantes, ou uma fonte apropriada dos mesmos, são usados como componentes de liga no interior do sistema com metal original de alumínio, em concentrações, para cada um deles, de cerca de 0,5 a cerca de 15%, em peso, da liga total; p£ rém, obtêm-se uma cinética de crescimento mais desejável e uma morfologia de crescimento também mais desejável com concentrações de contaminante na gama de cerca de 1 a 10%, em peso, da liga de metal original total. 0 chumbo como contaminante é em

-2 2geral usado como componente de liga no metal original ã base de alumínio a uma temperatura de pelo menos 1 000°C, de modo a ter em conta a sua baixa solubilidade no alumínio; porém, a adição de outros componentes de liga, tais como o estanho, aumentarão geralmente a solubilidade do chumbo e permitirão que os materiais de liga sejam adicionados a uma temperatura mais baixa.

Podem usar-se um ou mais contaminantes em conjução com o metal original. Por exemplo, no caso de um metal original de alumínio e com ar como oxidante, as combinações de contaminantes particularmente utilizáveis incluem (a) o magnésio e o silício ou (b) magnésio, zinco e silício. Nestes exemplos, uma concentração preferida do magnésio situa-se dentro da gama de cerca de 0,1 a cerca de 3%, em peso, para o zinco, na gama de cerca de 1 acerca de 6%, em peso, e, uara o silício, na gama de cerca de 1 a cerca de 10%, em peso.

Outros exemplos adicionais de materiais contaminantes utilizáveis com um metal original de alumínio incluem o sõdio e o lítio, os quais podem ser usados individualmente ou em combinação com um ou mais dos contaminantes, conforme as condições do processo. 0 sõdio e o litio podem ser usados em quantidades muito pequenas (na gama das partes por milhão, tipicamente cerca de 100 a 200 partes por milhão], podendo qualquer deles ser usado sõ ou em conjunto, ou em combinação com outros contamina]! tes. 0 cálcio, o boro, o fósforo, o ítrio e elementos das terras raras, tais como o cerio, o lantãnio, o praseodímio, o neodímeo e o samãrio são também contaminantes utilizáveis, especialmente em combinação com outros contaminantes .

Os materiais contaminantes, quando usados externamente, são usualmente aplicados a uma porção de uma superfície do metal original como revestimento uniforme sobre o mesmo. A quanti dade de contaminante é eficiente numa larga gama, relativamente ã quantidade de metal original a que e aplicado e, no caso do alumínio, não se obtiveram resultados nas experiências feitas para identificar limites superior e inferior operãveis. Por exemplo, quando se utiliza o silício sob a forma de dióxido de silício aplicado exteriormente como contaminante para um metal original ã base de alumínio usando ar ou oxigénio como oxidante, quantidades tão pequenas como 0,00003 g de silício por grama de metal original, ou cerca de 0,0001 g de silício Dor centímetro quadrado de superfície exposta do metal original, junta mente com uma segunda fonte contaminante de magnésio, bastam pa, ra produzir o fenómeno do crescimento policristalino. Também se verificou que é possivel obter uma estrutura cerâmica a partir de um metal original de liga de a 1umínio-si1íca usando ar ou oxigénio como oxidante, utilizando MgO como contaminante numa quantidade maior do que cerca de 0,0008 g de Mg por grama de me tal original a oxidar e maior do que 0,003 g de Mg por centímetro quadrado de superfície do metal original no qual se aplica o MgO. Parece que, em certa medida, um aumento da quantidade de materiais contaminantes diminuirá o tempo de reacção necessário para produzir o corpo cerâmico, mas isso dependerá de factores tais como o tipo de contaminante, o metal original e as condições da reacção.

Quando o metal original for alumínio contaminado internamente com magnésio e o meio oxidante for o ar ou o oxigénio,

-24-, observou-se que o magnésio se volatiliza pelo menos pa rc i a 1 mente , saindo da liga, a temperaturas de cerca de 820° a 950°C. Nesses casos dos sistemas contaminados com magnésio, este último forma um oxido de magnésio e/ou uma fase de espinela de aluminato de magnésio na superfície da liga de alumínio fundida e durante o processo de crescimento esses compostos de magnésio permanecem principalmente na superfície de óxido inicial da liga de metal original (isto é, a superfície de iniciação) na estrutura cerâmica em crescimento. Assim, nesses sistemas conta, minados com magnésio, produz-se uma estrutura ã base de Óxido de alumínio, além da camada relativamente fina de espinela de aluminato de magnésio, na superfície de iniciação. Quando for desejado, esta superfície de iniciação pode remover-se facilmejn te, por exemplo por rectificação, maquinagem, polimento ou jacto de areia, antes de se utilizar o produto cerâmico policrist a 1 i η o .

Numa primeira forma de realização, durante o crescimento do produto da reacção de oxidação policristalino , introduz-se um oxidante em fase de vapor diferente. Neste contexto, d^ ferente deye entender-se como significando que tem uma composj_ ção que é quimicamente diferente da composição de um oxidante inicial em fase de yapor [ou sólido}. Assim, o segundo produto da reacção de oxidação formado com o oxidante em fase de vapor diferente terã como consequência a formação de dois corpos ou fase cerâmicos ligados integradamente um ao outro, tendo propriedades graduadas (por exemplo, uma camada pode ser formada num corpo composito cerâmico formado em primeiro lugar).

Numa segunda forma de realização, forma-se primeiramente um corpo cerâmico compósito completamente e, depois, expõese o corpo cerâmico compósito completamente formado a um oxidante, de preferência um oxidante diferente do que foi usado para formar o produto da reacção de oxidação que serve como matriz para o material de enchimento embebido no corpo cerâmico compósito. Nesta segunda foima de realização, transporta-se metal original interligado no corpo cerâmico compósito no sentido de pelo menos uma superfície do corpo cerâmico compósito, o qual se faz reagir com o oxidante diferente. Numa forma de realização preferida, o corpo cerâmico compósito ê exposto a um ambiente que compreende o produto da combustão de gás natural com oxigénio, misturado com partículas de silicato de sódio que são arrastadas na corrente do produto de combustão. Tal exposição dá origem à formação de uma camada protectora no corpo cerâmico qjompó^ito. Esta camada protectora pode ser formada como camada fina ou espessa numa superfície de um primeiro corpo cerâmico compósito formado e proporciona uma resistência à corrosão, muito desejável, por exemplo às escórias de vidro corrosivas contidas, por exemplo, nos gases de saída de um forno de fusão de vidro. Assim, a colocação de um corpo cerâmico compósito formado no ambiente gasoso atrás descrito pode ter como resultado a formação de uma camada protectora resistente à corrosão em pelo menos uma porção da superfície do corpo cerâmico compósito formado em primeiro lugar.

-26 Exemplos

A descrição que se segue é genérica para todos os exemplos seguintes, a menos que no texto se indique o contrario. A fig. 1 mostra um corte transversal de um conjuto típico que foi utilizado para formar um corpo cerâmico compósito. Em particular, encheu-se parcialmente uma barca refractãria (1) com partj_ cuias de wollastonite (2) (Nyad SP de fibras grosseiras da NYCO, Inc.), que actuaram como um material de barreira para confinar a reacção de oxidação. Colocou-se depois um lingote de liga de alumínio sobre o leito de wollastonite. As dimensões dos lingotes de alumínio não eram críticas para os exemplos, excepto que é necessário que esteja presente uma quantidade de alumínio suficiente para permitir a infiltração completa do pré-molde. Usa_ ram-se tres ]_i gas de alumínio diferentes nos exemplos seguintes. A composição das tres ligas de alumínio diferentes foi determinada por análise quimica, mostrando ser consistente com a especificação nominal para cada liga. Especificamente, a Liga NQ 1 era constituída por 7,5 a 9,5% de Si, 3,0 a 4,0% de Cu, < 2,9% de Zn, <1,5% de Fe, < 0,5% de Mn, <0,5% de Ni ,< 0,35% de Sn e <0,1% de Mg, excepto qae se verificou que a concentração de Mg era aproximadamente igual a 0,17% a 0,18%, em peso. Supõé-se que o nível mais elevado de Mg seja importante tendo em vista o papel estabelecido para o Mg como contaminante ou promotor da reacção de oxidação. A liga N9 2 era constituída por 5,0 a ,5% de Zn, < 0,25% de Cu, <0,4 a 0,6% de Cr,< 0,15% de Si,< 0,40% de Fe, 0,50 a 0,65% de Mg,< 0,10% de Mn e 0,15 a 0,25% de Ti; uma liga NQ 3 era constituída por < 0,03% de Zn, < 0,10% de Cu e Sn combinados, 9,0 a 10,0% de Si, <0,2% de Fe, 2,4 a

-2 7-

3,0% de Mg e < 0,005% de Be.

Colocou-se então uma camada de interface (5) numa super fície superior da liga (3). A camada de interface (5) foi depositada com uma espessura de cerca de 0,8 a 1,5 mm (1/32 a

1/16). As quatro camadas de interface (5) diferentes usadas nos exemplos seguintes foram:

(1) Um metal de níquel em pÕ (de aqui em diante designa, do por põ de metal níquel) obtido na Atlantic Engineers, com dimensões das partículas de -325 mesh;

(2) Um material em pÕ constituido principalmente por sj_ lica e vendido com a marca comercial de Leecote^ Lx-60 WPS pela Acme Resin Corporation of Madison, 0H;

(3) Um metal de sílicio em põ (de aqui em diante designado por põ de metal sílicio) obtido na Atlantic Equipment En. ginners de Bergenfield, NJ e com dimensões das partículas de -325 mesh; e (4) Um material de areia em pÕ (de aqui em diante desig nado por areia) obtido na Pennsylvannia Foundry Supply and Sand Company of Phi1adelphia, PA e tendo dimensões das partículas de 100 gri t,

Colocou-se então um pré-molde na parte superior do lingote (3) de liga de alumínio com a camada de interface (5) colo cada no seu interior. 0 pré-molde (4) foi fabricado por técni

-23cas de moldaçao por sedimentação, como se descreve nos pedidos de patente de invenção do mesmo requerente. Especificamente, formou-se com materiais de enchimento apropriados, com composições químicas diferentes e com dimensões diferentes, como adiaji te se descreve, uma pasta fluida em agua, contendo cerca de 2%, em peso, de um ligante de lãtice de acetato de polivinilo [Elmer's Wood Glue). Preparam-se os pré-moldes vazando a pasta fluida num molde apropriado com um diâmetro interior desejável. Deixou-se assentar a pasta, sem perturbações, o que permitiu que as partículas solidas assentassem formando uma camada com uma espessura apropriada /por exemplo de cerca de 1,27 cm (1 / 2 )_7 . Vazou-se o excesso de água do processo de vazamento e retirou-se da superfície com uma esponja.

Os_djferentes materiais de enchimento utilizados nos exemplos seguintes foram:

(1) um material em partículas de carboneto de silício (de aqui em diante designado por N9 1 SiC), obtido na Norton Co., de Wooster, MA e tendo dimensões iniciais de cerca de

000 gri t;

(2) Um material em partículas de carboneto de silício (de aqui em diante designado por N9 2 SiC)^ obtido na Norton Co. , de Wooster, MA e tendo dimensões iniciais de cerca de 500 gri t;

(3) Um material em partículas de alumina C-75 Unground (de aqui em diante designado por N9 1 Α1₂θ₃), obtido de Alcan de Cleveland, OH e tendo dimensões das partículas de cerea de

-100 mesh;

(4) Um material em partículas de alumina C —73 Unground (de aqui em diante designado por N9 2 Al^O^) obtido na Alcan de Cleveland, OH e tendo dimensões das partículas de cerca de -100 mesh ;

(5) Um material em partículas de alumina 38 Alundum (de aqui em diante designado por N9 3 Al^O^)’ na Norton

Co.,, de Wooster, MA e tendo dimensões das partículas de cerca de 24 gri t; e (6) Um material em partículas de alumina E —28 Alundum (de aqui em diante designado por N9 4 Al^O^) obtido na Norton Co. , Wooster, MA e tendo dimensões de partículas de cerca de 90 g r i t.

Faz-se notar que, quando se utilizou um material de enchimento de carboneto de silício (por exemplo, N9 1 SiC ou N9 2 SiC) o material de enchimento foi primeiramente pre-cozido a uma temperatura de cerca de 1 250° C durante cerca de 24 horas, antes da formação de uma pasta fluida. Moeu-se depois o material de enchimento pre-cozido até obter dimensões de cerca de -20Q mesh.

Colocaram-se então partículas adicionais (2) de wollastonite em torno de e na parte superior do conjunto pré-mo1de/me tal, limitando as referidas· partículas de wollastonite a reac

-30ção de oxidação ao yolume contido no interior do pré-molde (4). A barca refractãria (1), com o seu conteúdo, foi colocada num forno eléctrico de resistência e aquecida até uma temoeratura apropriada (como mais adiante se estabelece) e durante um tempo apropriado (como adiante se estabelece) para promover o crescimento do produto da reacção de oxidação.

Depois da remoção do forno, verificou-se que uma matriz de cerâmica de óxido de alumínio tinha crescido a partir da superfície da liga de alumínio fundida e se tinha infiltrado nos p ré-mo1des.

Quadro 1 apresenta os constituintes usados para formar cada um dos corpos cerâmicos- compósitos e os Darãmetros de fabrico (por exemplo a temperatura e o tempo) usados para formar os corpos cerâmicos compósitos. Adicionalmente, o Quadro 1 apresenta a percentagem de material de enchimento e a oercentagem de matriz presentes nos corpos cerâmicos compósitos formados, bem como as percentagens de metal residual neles presentes .

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- 32 - / >

Depois da formação de cada um dos corpos cerâmicos compósitos correspondentes às amostras N⁹s 1 a 8, cada um dos corpos compósitos sofreu um acabamento por maquinagem, se necessário, e submeteu-se depois cada um dos corpos substancialmente ao mesmo ambiente gasoso.Em particular, como se mostra na fig.

2, colocaram-se as amostras 1 a 8 /representadas pelo núme- ro (1237, num forno (14). Aqueceu-se o forno (14) com um queimador (10) alimentado com um combustível constituído por uma mistura de gâs natural/ar. A composição do gás produzido devido à combustão do gás natural com o ar correspondia à combustão estequiométrica do gás natural com ar. 0 gás da combustão foi modificado devido à injecção de uma solução de silicato de sódio a jusante do queimador (10) por meio de uma tubeira de injecção (11) (nomeadamente, pelo que se forma uma corrente de gás contendo partículas de silicato de sódio arrastadas). A solução de silicato de sódio tinha uma densidade de cerca de 1,4 g/cm^ e uma relação Na20/Si0£ de cerca de 0,4 e foi injectada com um caudal de cerca de 2,5 litros/hora. A temperatura de entrada do gás junto do queimador (10) era igual a cerca de 1 070°C, donde resultava uma temperatura na superfície das amostras (12) de cerca de 1 000°C. A velocidade do gás através do forno (14), no sentido das setas na fig. 2 Zísto é, para o interior do forno (14) no queimador (10) e para fora do forno (14) através da abertura de escape (13}7 era de cerca de 15 m/s. A quantidade total do tempo de exposição das amostras (12) ao ambiente gasoso (15) foi de cerca de 100 h. Retiraram-se depois as amostras N2s 1 a 8 do forno (14) e examinaram-se.

As fig. 3, 4 e 5 são micrografias ópticas feitas com am pliação de 50 Σ de secções transversais das amostras N2s 1, 3 e 4, respectivamente, depois de as amostras terem sido expostas ao ambiente gasoso(15). As zonas (20) correspondem aos corpos compósitos que foram formadas antes da exposição ao ambiente gasoso ou sólido vítreo (1-5); as zonas (21) correspondem à camada que foi formada nas amostras (12) depois da exposição ao ambiente gasoso ou sólido vítreo (15); e as zonas (22) correspondem a uma fase vítrea que se depositou nas amostras (12), depois do arrefecimento do forno (14).

crescimento das zonas (21) foi surpreendente em dois aspectos. Em primeiro lugar, foi surpreendente que se formassem as zonas (21) e, em segundo lugar, foi ainda surpreendente que a zona (21) servisse de camada protectora que protege os corpos compósitos contra a corrosão. A este respeito, tipicamente, quando se expõe um corpo cerâmico de carboneto de silício normal (isto é, da técnica conhecida) a um ambiente semelhante ao ambiente gasoso (15)» será de supor que se verifique a corrosão do corpa_<...J^>.OJ?êni_r· contrariamente à tendência normal, os corpos produzidos de acordo com os processos atrás mencionados crescem efectivamente ou alargaram-se a um ponto tal, que é o oposto de terem sido corroídos. No entanto, mesmo nos casos em que possa corroer-se uma porção do corpo, tal corrosão é mínima comparada com a dos materiais conhecidos de carboneto de silício ou de alumina cerâmicos.

Embora a presente invenção tenha sido descri ti, com referência a formas de realização preferidas, deve entender-se que a presente invenção não se limita especificamente às mesmas, pois qualquer técnico com os conhecimentos normais poderá introduzir-lhe várias modificações. Assim, a presente invenção deve ser interpretada no espírito das reivindicações anexas.

Claims

Reivindicações

1.- Processo para a produção de um corpo cerâmico autossuportado, caracterizado pelo facto:

(a) de se proporcionar um corpo de metal original;

(b) de se aquecer o referido corpo de metal original até uma temperatura superior ao seu ponto de fusão mas inferior ao pon to de fusão do seu produto da reacção de oxidação para formar um corpo de metal original fundido e, a essa temperatura, (1) de se fazer reagir o metal original fundido com um oxidante para formar um produto da reacção de oxidação do metal original, (2) de se manter pelo menos uma porção do referido produto da reacção de oxidação em contacto com o referido corpo de metal fundido e o referido oxidante e entre os mesmos, para transportar progressivamente metal fundido do referido corpo de metal fundido através do produto da reacção de oxidação e em contacto com o referido oxidante, formando assim produto da reacção de oxidação fresco numa interface entre o oxidante e o produto da reacção de oxidação formado anteriormente, e (3) de se continuar a referida reacção durante um intervalo de tempo suficiente para formar um primeiro corpo cerâmico;

(c) de se expor o referido primeiro corpo cerâmico a um ambiente que compreende partículas vítreas o qual provoca o crescimento de uma camada a partir de pelo menos uma porção de uma superfície do referido corpo cerâmico; e (d) de se continuar a referida exposição da fase (c) duran te um intervalo de tempo suficiente para formar uma camada protectora em pelo menos uma porção do referido corpo cerâmico.
2.- Processo para a produção de um corpo cerâmico compósito autossuportado, caracterizado pelo facto:

(a) de se proporcionar um corpo de metal original;

(b) de se posicionar o referido metal original adjacente a uma massa de material de enchimento permeável e orientar o referido metal original e o referido material de enchimento um em relação ao outro de modo que se verifique a formação do referido produto da reacção de oxidação numa direcção no sentido da massa do referido material de enchimento e para o seu interior;

(c) de se aquecer o referido corpo de metal original até uma temperatura superior ao seu ponto de fusão mas inferior ao ponto de fusão do produto da reacção de oxidação para formar um corpo de metal original fundido e, a essa temperatura, (1) de se fazer reagir o metal original fundido com um oxi dante para formar um produto da reacção de oxidação do metal original, (2) de se manter pelo menos uma porção do referido produto da reacção de oxidação em contacto com o referido corpo de metal fundido e o referido oxidante e entre os mesmos, para progressiva mente transferir metal fundido do referido corpo de metal fundido através do produto da reacção de oxidação no sentido do oxidante e no sentido da massa de material de enchimento adjacente e para o interior da mesma de modo que se continua a formar produto da reacção de oxidação fresco no interior da massa de material de enchimento numa interface entre o oxidante e o produto da reacção de-oxidação formado anteriormente; e (3) de se continuar a referida reacção durante um intervalo de tempo suficiente para formar um primeiro corpo cerâmico compósito;

(d) de se expor o referido primeiro corpo cerâmico compósi.

to a um ambiente que compreende partículas vítreas o qual provoca o crescimento de uma camada a partir de pelo menos uma porção de uma superfície do referido primeiro corpo cerâmico compósito; e (e) de se continuar a referida exposição da fase (d) durante um intervalo de tempo suficiente para formar uma camada protectora em pelo menos uma porção do referido primeiro corpo de cerâmica compósito.
3.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o referido ambiente que compreende partículas vítreas incluir ainda um produto de combustão da reacção de gás natural com ar.
4.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de as referidas partículas vítreas compreenderem pelo menos um vidro de silicato de sódio.
5. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida camada protectora compreender óxido de alumínio.
6. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a referida camada protectora compreender óxido de alumínio.
7«- Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a referida massa de material de enchimento permeável compreender pelo menos um material escolhido entre alumina e carboneto de silício.
8, - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido metal original compreender alumínio.
9. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o referido metal original compreender alumínio.
10.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido oxidante compreender pelo menos um oxidante escolhido no grupo formado por um oxidante em fase de vapor, um oxidante em fase sólida e um oxidante em fase líquida.

XI.- Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o referido oxidante compreender pelo menos um oxidante escolhido no grupo constituído por um oxidante em fase de vapor, um oxidante em fase sólida e um oxidante em fase líquida.
12.- Corpo de cerâmica compósito autossuportado, caracterizado por compreender:

um corpo de cerâmica compósito como substrato que compreende um produto da reacção de oxidação de um metal original e um oxidante; e uma camada protectora que cobre pelo menos uma porção do referido substrato, sendo a referida camada protectora formada por uma reacção entre o referido substrato e um ambiente de oxidação,