RO109189B1

RO109189B1 - Procedeu de obtinere a unui corp compozit ceramic cu matrice ceramica

Info

Publication number: RO109189B1
Application number: RO145492A
Authority: RO
Inventors: Daniel Lesher Lesher; Ratnesh Kumar Dwivedi; Perry Brian Goldberg
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1994-12-30
Also published as: NO902977D0; AU643446B2; KR910002736A; US5120580A; CA2020674A1; DE69008440T2; YU47107B; EP0407330A3; YU130790A; DD301900A9; EP0407330A2; FI903450A7; PL167053B1; PT94627A; TR27110A; MX174608B; FI903450A0; HU904119D0; HUT63135A; PL285968A1

Description

Invenția de față se referă la un procedeu de obținere a unui corp compozit ceramic cu matrice ceramică, procedeul desfășurându-se în flux discontinuu, semicontinuu sau continuu.

Este cunoscut deosebitul interes legat de folosirea produselor ceramice, în aplicații structurale, care în mod tradițional erau specifice pentru metale. Motivația acestui interes, îl constituie superioritatea produselor ceramice, în ceea ce privește anumite proprietăți, ca: rezistența la coroziune, duritatea, modulul de elasticitate și refractaritatea în comparație cu metalele.

Tehnicile cunoscute, pentru obținerea unor articole ceramice mai rezistente, mai sigure și mai dure, sunt concentrate spre (1) dezvoltarea unor tehnologii îmbunătățite de obținere a structurilor ceramice monolite și (2) obținerea unor materiale cu structură compozită, pe bază de matrice. O structură compozită, cuprinde unul sau mai multe materiale, de diferite structuri, combinate intim pentru obținerea proprietăților prestabilite în produsul finit De exemplu, două materiale diferite, pot să fie combinate prin intermediul unei matrice. O structură compozită ceramică, pe bază de matrice, cuprinde în mod tipic o matrice ceramică, încorporând unul sau mai multe materiale de umplutură, de diverse forme, cum sunt particule, fibre, tije și alte forme similare.

După cum se știe, există numeroase dificultăți în substituirea cu produse ceramice a metalelor, cât și limitări, datorită posibilităților de dimensionare, de a produce forme complexe, obținerea proprietăților cerute pentru aplicațiile preconizate și a costurilor ridicate ale acestor substituiri. Un număr de cereri de brevet și brevete, ale aceleiași firme, prezintă soluții pentru rezolvarea acestor dificultăți.

Astfel în Brevet US nr.4713360 este descris un procedeu de obținere a corpurilor ceramice autoportante, rezultate prin dezvoltarea, ca produs al reacției de oxidare a unui metal precursor topit, adus în reacție cu un oxidant în fază de vapori, pentru a forma produsul reacției de oxidare menționat - o structură ceramică, policristalină. Metalul topit migrează prin produsul reacției de oxidare format, spre contactul cu oxidantul, cu care reacționează în continuare, dezvoltând astfel continuu un corp ceramic policristalin, care poate eventual să includă și un component metalic interconectat. Procesul de formare a structurii policristaline, poate să fie stimulat prin folosirea unui sau mai multor elemente dopante, aliate cu metalul precursor. De exemplu, în cazul oxidării aluminiului cu aer, este indicat ca aluminiul să fie aliat cu magneziu și siliciu, pentru a forma structuri ceramice de alfa-alumină. Acest procedeu a fost îmbunătățit, în Brevet US nr.4853352, fiind prevăzută aplicarea elementelor dopante menționate pe suprafațamelalului precursor în loc de aliere.

în brevetele US nr.4851375/paralel RO nr.95823, și US nr.4916113, complementar la primul, este descrisă obținerea structurilor ceramice compozite autoportante, prin dezvoltarea produsului reacției de oxidare în condițiile precizate mai sus într-o masă permeabilă de umplutură pe care în calitate de matrice ceramică o infiltrează. Compozitul rezultat este un produs intrinsec, dar nu are o formă predeterminată.

Obținerea produselor compozite cu matrice ceramică, cu o geometrie sau formă predeterminată, prin fasonarea corespunzătoare a masei de umplutură, în care are loc infiltrarea matricei ceramice precizate mai sus, este descrisă în brevetul RO nr.98500 (prioritate US nr.861025/86).

Producerea unor corpuri ceramice compozite, cu o fidelitate ridicată a formei, prin aplicarea pe suprafețele predeterminate ale preformei menționate a unor elemente de barieră este descrisă în brevetul US nr.4923832/paralel RO nr.98499. Conform acestui procedeu se obțin corpuri ceramice autoportante pro109189 filate, incluzând și produsele ceramice compozite, prin creșterea produsului reacției de oxidare a metalului precursor, până la un element de barieră distanțat în mod corespunzător de metalul de bază precursor, supus oxidării.

Obținerea corpurilor ceramice compozite, având o cavitate cu o geometrie interioară, ca replică inversă a formei unei matrițe sau model, sunt descrise în brevetul US nr.4828785/paralel RO nr. 97668 și în brevetul US nr.4859640/paralel RO nr.98787.

O tehnică, potrivit căreia un metal de bază suplimentar este introdus în sistem dintr-un rezervor de rezervă, este descrisă în brevetele US nr.4900699/paralel RO nr.99404 și US nr.4918034, complementar la primul. Conform acestui procedeu, corpul ceramic policristalin rezultat prin creșterea produsului reacției de oxidare, are o structură compozită autoportantă. In varianta de proces, în care se obține un corp compozit cu matrice ceramică, metalul de bază și masa/preforma de umplutură, se plasează în poziții adecvate, între ele, astfel încât formarea produsului reacției de oxidare, să aibă loc într-o direcție orientată spre și în materialul de umplutură. Metalul de bază menționat reprezintă prima sursă de metal a sistemului, iar rezervorul de metal comunică cu această primă sursă, de exemplu, prin curgere gravitațională. Prima sursă de metal de bază reacționează în stare topită cu oxidantul, pentru începerea formării produsului reacției de oxidare. Pe măsură ce prima sursă este consumată prin reacția de oxidare, ea este reînoită, cu ajutorul unor mijloace uzuale, care asigură continuitatea procesului, din rezervorul de metal de bază. Această refacere a primei surse de metal de bază, continuă, pe măsură ce crește produsul reacției de oxidare, conduce la infiltrarea materialului de umplutură. Astfel, rezervorul asigură o cantitate apreciabilă de metal de bază, pentru a continua procesul până când produsul reacției de oxidare s-a dezvoltat până la dimensiunea prestabilită.

O tehnică ce permite reglarea compoziției, constituenților metalici ai structurii compozite, face obiectul brevetului RO nr.99868/prioritate US nr.908454/86, și brevetului US nr.4818734. în aceste două brevete sunt descrise procedee de reglare a compoziției componentului metalic al corpului ceramic și compozit ceramic cu matrice ceramică. în timpul formării respectivelor structuri, pentru a se imprima respectivului produs finit anumite proprietăți. Acest lucru se poate realiza prin încorporarea în situ în structura ceramică compozită, a componentului metalic dorit, și nu dintr-o sursă externă sau prin tehnologii de postformare.

Prin procedeele descrise în brevetele enumerate (acordate firmei solicitante), se produc materiale compozite cu matrice ceramică policristalină, sau noi structuri ceramice policristaline, prin reacția de oxidare a metalului de bază cu un oxidant care poate să fie solid, lichid sau gazos. Conform acestor procedee, un metal de bază (de exemplu, aluminiu) este încălzit la o temperatură deasupra punctului său de topire, dar inferioară punctului de topire al respectivului produs al reacției, pentru a forma un corp de metal de bază ίορίζ care reacționează cu oxidantul prin contact cu acesta, dând naștere produsului reacției de oxidare. La această temperatura, produsul reacției de oxidare sau cel puțin o porțiune a acestuia este în contact și se extinde între corpul de metal de bază topit și oxidant și metalul topit este tras și transportat prin produsul reacției de oxidare format, spre oxidant Metalul topit transportat, va forma produsul reacției de oxidare adițional, proaspăt, la contactul cu oxidantul, la suprafața produsului reacției de oxidare format anterior. Pe măsură ce procesul continuă, metalul de baza în cantitate suplimentară este transportat, prin acest produs al reacției de oxidare policristalin format crescând continuu o structură ceramică de cristalite interconectate. Corpul re zultat, constituit din matrice ceramică, poate să conțină constituenți metalici neoxidați ai metalului de bază §i/sau goluri. în toate brevetele menționate, oxidarea este folosită în accepțiunea cea mai largă, referindu-se la pierderea sau împărțirea de electroni de către un metal spre un oxidant sau respectiv cu un oxidant care poate să fie unul singur, sau constituit din mai multe elemente sau compuși. Ca urmare, ca oxidant se pot folosi și alte elemente în afară de oxigen.

în unele cazuri, metalul de bază poate să necesite prezența unuia sau mai multor dopanți, pentru a influența favorabil sau a facilita creșterea produsului reacției de oxidare. Asemenea dopanți, pot să fie cel puțin parțial aliați cu metalul de bază. De exemplu, în cazul aluminiului ca metal de bază, și a aerului ca oxidant dopanți pot să fie siliciul, magneziul aliați cu aluminiul, și aliajul de aluminiu rezultat, se folosește în cadrul procesului ca metal de bază. Produsul de reacție rezultat este în mod tipic, dintr-un metal de bază de acest tip, este alfa-alumina.

Structurile compozite cu matrice ceramică, și metaleîe de bază folosite pentru obținerea lor, sunt descrise în brevetele citate mai sus, respectivele structuri compozite cu matrice ceramică, cuprinzând o umplutură, de regulă inertă, (notă: în unele cazuri, ar fi de dorit să se utilizeze o umplutură reactivă, cel puțin parțial, cu produsul reacției de oxidare ce se formează, sau cu metalul de bază topit), umplutură care este infiltrată și înglobată în matricea ceramică policristalină. Ca primă fază a procesului, un metal de bază (Al, Ti, Zr, Si, Hf, Sn și, de preferință, Al) este plasat într-o poziție adiacentă, față de o masă permeabila de umplutură, prefasonată sau nu într-o preformă, autoportantă. Metalul de bază este apoi încălzit, pentru a forma un corp de metal de bază topit, care este supus reacției cu un oxidant, în sensul precizat mai sus, pentru formarea produsului reacției de oxidare. Pe măsură ce produsul reacției de oxidare se dezvoltă, el infiltrează masa adiacentă de material de umplutură, metalul de bază topit fiind tras prin produsul reacției de oxidare format anterior în masa de material de umplutură, spre contactul cu oxidantul, cu care reacționează, pentru a forma produs al reacției de oxidare proaspăt, suplimentar la suprafața produsului de reacție deja format, în condițiile descrise mai sus. Creșterea produsului reacției de oxidare are ca rezultat infiltrarea sau înglobarea materialului de umplutură, și în final formarea structurii compozite cu matrice ceramică policristalină, ce înglobează materialul de umplutură. în cadrul sistemului se poate aplica un element de barieră, pe masa/preforma de umplutură, pentru a stabili o limită sau o suprafață limită a corpului compozit ce urmează să se obțină.

Prin procedeele descrise în brevetele enumerate, acordate firmei solicitante, se obțin corpuri ceramice sau compozitceramice, cu matrice ceramică, cuprinzând produse ale reacției de oxidare ale metalului de bază, predeterminat, dezvoltate la grosimea și gabaritele dorite, considerate foarte greu, sau chiar imposibil de realizat prin procedeele convenționale.

Totuși, aceste procedee prezintă unele dezavantaje legate de faptul că sunt limitate la obținerea unor produse cu profil nu foarte complicat, și se desfășoară numai în flux discontinuu.

Invenția de față, are ca obiect un procedeu care conduce la obținerea corpurilor ceramice compozite cu matrice ceramică, care se poate realiza în flux discontinuu, continuu sau semi-continuu. Acest procedeu se bazează pe creșterea unui produs al reacției de oxidare, rezultat prin reacția metalului de bază prestabilit topit, cu un oxidant Structura compozită rezultată, se obține prin creșterea produsului de reacție menționat, într-un material de umplutură, prefasonat sau nu. Produsul reacției de oxidare, cuprinde produsul rezultat prin reacția unui metal de bază topit/de exemplu, aluminiu), cu un oxidant. In mod specific, corpul de material de umplutură, se plasează într-o poziție adiacentă în raport cu sursa de metal topit, astfel încât formarea produsului reacției de oxidare a metalului de bază respectiv, să se producă într-o direcție orientată spre oxidant (de exemplu, solid, lichid și/sau gazos) și în corpul de material de umplutură. In plus se poate utiliza un element de barieră, asociat la corpul de material de umplutură, respectivul element dc barieră, fiind capabil ca local să inhibe, să stopeze, să interfere cu sau să prevină creșterea produsului reacției de oxidare, peste limita definită de respectivul element de barieră în corpul de material de umplutură menționat In mod caracteristic, ansamblul este încălzit la o temperatură superioară punctului de topire al metalului de bază, dar sub punctul de topire al produsului reacției de oxidare și a materialului de umplutură. în acest domeniu de temperatură, metalul de bază topit, reacționează cu oxidantul, pentru a forma produsul reacției de oxidare. Cel puțin o porțiune a produsului reacției de oxidare, se menține în contact cu și între metalul topit și oxidant, pentru a atrage metalul topit prin produsul reacției de oxidare spre și în contact cu oxidantul, astfel încât să continue formarea produsului reacției de oxidare proaspăt la interfața dintre oxidant și produsul reacției de oxidare, format anterior, permițând în acest mod creșterea produsului reacției de oxidare și infiltrarea corpului adiacent de material de umplutură. Reacția se continuă un timp suficinet pentru infiltrarea cel puțin a unei porțiuni a corpului materialului de umplutură, cu material policristalin constând în esență, din produsul reacției de oxidare a metalului de bază și eventual, cel puțin un constituent metalic neoxidat, dispersat sau distribuit prin materialul policristalin. Corpul de material de umplutură, trebuie să fie suficient de permeabil, pentru a permite și respectiv găzdui creșterea produsului reacției de oxidare, în corpul materialului de umplutură și pentru a permite oxidantului gazos (când este utilizat acest tip de oxidant), să penetreze în corpul de material de umplutură, și să contacteze metalul de bază topit

Trebuie tinut cont că materialul ma□ tricei policristaline, poate să prezinte și goluri sau porozități, în locul constituentului metalic, darvolumul procentual de goluri, va depinde în mare măsură de condiții de proces ca: temperatura, durate, dopanții folosiți și tipul metalului de bază. Dacă se folosește un element de barieră, corpul compozit cu matrice ceramică, va continua să se dezvolte spre elementul de barieră menționat, cu condiția să existe în sistem suficient metal, permițând respectiva creștere. Din cele expuse, rezultă că procedeul, conform invenției, se bazează pe tehnica realizării corpurilor ceramice compozite, descrise mai sus. în mod caracteristic procedeul conform invenției, este orientat spre producerea corpurilor ceramice cu matrice ceramică și respectiv a corpurilor ceramice compozite cu matrice ceramică, descrise mai sus, în cantități însemnate, prin utilizarea unor tehnici de producție continue, semicontinue sau discontinue. Aceste tehnici prevăd realizarea unei băi a metalului de bază topit prestabilit (Al, Ti, Zr, Hf, Sn și, de preferință, Al), pe suprafața căreia se plasează una sau o pluralitate de mase/preforme de umplutura ceramică permeabilă, asigurându-se contactul necesar formării structurii compozite, prin flotare sau prin imersare. După ce masa/preforma de umplutură permeabilă a fost înglobată în volum predeterminat de produsul reacției de oxidare descris mai sus, reacția de oxidare se încheie prin: 1) îndepărtarea preformei de contactul cu metalul de bază topit, 2) modificarea atmosferei de reacție, astfel, încât oxidarea să nu se mai poată produce, 3) contactarea în creșterea sa a produsului reacției de oxidare cu un element de barieră.

Procedeul, conform invenției, pre109189 zintă următoarele avantaje:

- varianta de realizare a contactului preformă-baie de metal de bază topit prin flotație, permite obținerea în condițiile de proces a unor produse de gabarite mari și cu pereți groși;

- varianta de realizare a contactului preformă-baie de metal de bază topit prin imersie, în porțiunile imersate este oprit accesul oxidantului în fază de vapori, fapt ce are ca rezultat o supracreștere minimă a produsului reacției de oxidare, în afara limitelor masei/preformei inițiale, sau respectiv a mijlocului de barieră, dacă acesta este utilizat;

- varianta de realizare a contactului preformă-baie de metal de bază topit prin flotație, a procedeului, conform invenției, este considerată optimă pentru următoarele considerente:

- cuptorul în care se desfășoară procesul, funcționează într-un domeniu îngust de temperaturi, nefiind necesară răcirea cuptorului după fiecare ciclu de creștere a produsului reacției de oxidare. Ca urmare, atât faza inițială de încălzire la temperatura de regim, cât și de răcire la temperatura ambiantă, sunt evitate, și aceasta are ca efect, reduceri importante a timpilor de lucru;

- se pot realiza în flux continuu, corpuri ceramice și compozite cu matrice ceramică, cu diverse dimensiuni și geometrii;

- se poate extinde gama produselor ceramice, compozite ceramice cu matrice ceramică, ce se pot realiza prin procedeul conform invenției, în condiții economice și cu eficiență mărită.

în cele ce urmează, procedeul, conform invenției, va fi expus în detaliu, cu referire și la fig. 1...7, care reprezintă:

- fig. 1, vedere în secțiune transversală a ansamblului utilizat în varianta contact prin imersiune, a procedeului conform invenției;

- fig.2, vedere în secțiune transversală a ansamblului utilizat în varianta contact prin imersiune în flux continuu a pro- cedeului, conform invenției;

-fig.3, vedere în secțiune transversală a ansamblului utilizat în varianta contact prin flotație a procedeului, conform invenției;

- fig.4, vedere în secțiune transversală a ansamblului din fig.3. într-o altă variantă de realizare;

-fig.5, vedere în secțiune transversală a ansamblului din fig.3, într-o variantă de realizare în care se folosesc mijloace de suport;

- fig.6, vedere în secțiune a ansamblului din fig.3, în varianta în care se folosesc gulere de flotare;

-fig.7, vedere în secțiune transversală a ansamblului din fig.3, în varianta de realizare în care se folosesc mijloace de sprijin.

Invenția se referă la un procedeu de obținere a corpurilor ceramice compozite cu matrice ceramică, în flux discontinuu, semicontinuu sau continuu. Corpurile cu matrice ceramică, se formează după cum se știe, prin reacția unui corp de metal de bază topit cu un oxidant pentru a se forma produsul reacției de oxidare, un corp policristalin. Corpurile compozite cu matrice ceramică, realizate în condițiile conform invenției, sunt produse prin reacția unui metal de bază topit, cu un oxidant, pentru a forma produsul reacției de oxidare menționaL care înglobează cel puțin parțial, sau se dezvoltă într-un material de umplutură, prefasonat sau nu într-o preformă.

în general, pentru realizarea corpului compozit cu matrice ceramică, un metal de bază (Al, de preferință, sau unul din aliajele acestuia) se prelucrează sub formă de lingou, țaglă, tijă, placă etc. și se aduce în contact cu o masă de umplutură. Pentru aceasta metalul de bază prestabilit se introduce într-un conteiner sau creuzet refractar. Metalul de bază poate să fie dopat, așa cum se va explica în detaliu în continuare, el constituind precursorul produsului reacției de oxidare, care urmează să se obțină. De menționat că metalul de bază poate să fie sub forma mai multor piese sau de profil adecvat. Masa de umplutură, se fasonează sub forma unei preforme permeabile, profilată în mod corespunzător, pentru delimitarea cel puțin a unei suprafețe limită și a fi permeabilă la un oxidant gazos și la produsul reacției de oxidare care se formează. Respectiva preformă se plasează adiacent sau în contact cu cel puțin o suprafață sau o porțiune de suprafață a metalului de bază, astfel, încât cel puțin o porțiune a limitei de suprafață definită a preformei, să fie poziționată la o distanță corespunzătoare în exterior față de suprafața metalului de bază.

Preformă realizează contactul cu metalul de bază topit, fie prin flotație pe suprafața acesteia, fie prin imersiune parțială sau aproape completă în baia de metal topit Imersiunea nu poate să fie totală, deoarece în acest caz s-ar bloca accesul la preformă a oxidantului în fază de vapori, și ar fi întreruptă sau inhibată dezvoltarea normală a produsului reacției de oxidare care înglobează preformă.

Totuși, dacă preformă este prevăzută cu mijloace externe, ca, de exemplu, un tub refractar, pentru accesul oxidantului în fază de vapori, atunci imersiunea totală devine o alternativă posibilă. In situația în care în cadrul procedeului nu se utilizează oxidant gazos (adică singurul oxidant folosit în condițiile de proces este un oxidant solid și/sau un oxidant lichid), imersiunea totală a preformei în metalul de bază topit, este, de asemenea, ovariantă posibilă. Formarea produsului reacției de oxidare, se va realiza într-o direcție orientată spre limita de suprafață definită ca mai sus. într-un moment dat al procesului, metalul de bază și preforma, fie individual, fie concomitent, sunt plasate într-un conteiner adecvat, care se introduce într-un cuptor. Atmosfera din cuptor poate să conțină un oxidant pentru realizarea oxidării metalului de bază în stare topită. Cuptorul poate să fie preîncălzit la temperatura de lucru sau poate fi încălzit la temperatura de regim, în timpul în care se află în el ansamblul cuprinzând metalul de bază și preformă permeabilă.

într-o variantă de realizare a procedeului, conform invenției, metalul de bază este conținut într-un conteiner, pentru a forma o baie de metal topit Preformele permeabile sunt plasate pe suprafața băii de metal topit (această variantă se va denumi în continuare varianta flotării). In varianta flotării, preformă se plasează în stare de plutire (datorită flotabilității naturale sau prin folosirea unor mijloace externe) pe suprafața băii de metal topit Dacă se folosește în cadrul sistemului un oxidant în fază de vapori, metalul de bază topit va reacționa cu oxidantul respectiv, pentru a forma produsul reacției de oxidare, care va crește în preformă rezultând structura ceramică compozită. Varianta flotare, a procedeului, conform invenției, include următoarele faze intermitente: 1) plasarea cel puțin a unei preforme de umplutură permeabilă, pe suprafața băii de metal de bază topit; 2) înglobarea cel puțin parțială a preformei de produsul reacției de oxidare a metalului de bază topit în creștere, pentru obținerea corpului compozit cu matrice ceramică, constituită din respectivul produs al reacției de oxidare menționat; 3) după atingerea volumului prestabilit de creștere a produsului reacției de oxidare și de înglobare a preformei, corpul compozit cu matrice ceramică obținut, este îndepărtat de pe suprafața băii de metal de bază topit în continuare baia de metal de bază topit este drenată și procesul se^ repetă folosind o preformă proaspătă. în acest context, pe fig.3, este ilustrat în secțiune transversală, un ansamblu standard 11, folosit în cadrul procedeului, conform invenției, în varianta flotație în flux discontinuu. După cum se poate vedea, o preformă 19 plutește pe suprafața unei băi de metal topit 15, conținută într-un conteiner 13. Suprafața băii de metal topit 15, și suprafețele preformei 19, expuse contactului cu atmosfera înconjurătoare, sunt acoperite cu un strat subțire 17, dintr-un material care previne sau inhibă reacția dintre atmosfera respectivă și metalul de bază în stare topită. Totuși, stratul 17, nu previne contactul atmosferei cu preforma 19, permițând astfel ca produsul reacției de oxidare să se dezvolte în și să înglobeze cel puțin parțial preforma

19.

Pe fig.4, se poate vedea secțiunea transversală a unui ansamblu 12, folosit în cadrul procedeului, conform invenției, în varianta flotație în flux discontinuu pentru obținerea mai multor corpuri compozite cu matrice ceramică. Astfel, o serie de preforme 19, în cadrul ansamblului 12, se plasează pentru realizarea contactului prin flotare pe suprafața băii de metal topit 15, conținută într-un conteiner 13. Suprafețele preformelor 19 și ale băii de metal topit 15, expuse contactului cu atmosfera înconjurătoare, se acoperă cu un strat subțire 17, de material care previne sau inhibă reacția între atmosfera respectivă și metalul de bază topit 15. Totuși, stratul protector 17 nu previne posibilitatea pătrunderii atmosferei în interiorul preformelor 19, permițând astfel ca produsul reacției de oxidare să se dezvolte în și cel puțin să înglobeze parțial preformele 19.

Varianta de realizare a procedeului în condițiile realizării contactului baie de metal de bază topit - preformă de umplutură prin flotare, descrisă mai sus, se poate realiza și în flux semicontinuu. Aceasta se poate realiza prin folosirea băii originale de metal de bază topit pentru creșterea produsului reacției de oxidare în mai multe seturi de preforme. Astfel, de exemplu, după ce primul set de preforme a fost cel puțin parțial înglobat de produsul reacției de oxidare al metalului de bază topit, corpurile cu structurile compozite rezultate, vor fi îndepărtate de pe băile de metal topit și înlocuite cu un set de noi preforme (proaspete). După ce și acest set de preforme a fost cel puțin parțial înglobat de produsul reacției de oxidare al metalului de bază topit, corpurile compozite rezultate vor fi eliminate de pe baia de metal topit, și înlocuite cu un al treilea set de preforme proaspete. Acest proces poate să continue, până la epuizarea băii de metal topit, fie până când concentrațiile anumitor constituenți ai metalului de bază, devin prea mici sau, respectiv prea mari, pentru a permite creșterea produsului reacției de oxidare în preforme în condițiile prestabilite.

Varianta de realizare a procedeului, conform invenției, prin flotare, descrisă în paragrafele precedente, se poate realiza și în flux continuu. Aceasta se poate asigura cu ajutorul unor mijloace pentru deplasarea preformelor pe, sau peste suprafața băii de metal topit Astfel, procesul continuu poate să fie realizat prin: 1) plasarea unor preforme proaspete pe suprafața băii de metal de bază topit, de preferință, la un capăt al acestei băi, în așa fel, încât cel puțin o porțiune a preformei să fie în contact cu metalul de bază topit; 2) deplasarea preformelor prin orice mijloace pe suprafața băii de metal topit spre un al doilea punct, de preferință, capătul opus al băii și crearea condițiilor corespunzătoare ca produsul reacției de oxidare al metalului de bază topit, cu oxidantul în stare gazoasă, să se dezvolte și să înglobeze preformele, în intervalul de timp cât acestea sunt deplasate pe suprafața băii de metal de bază topit; 3) îndepărtarea preformelor înglobate la capătul celălalt al băii de metal topit Mijloacele folosite pentru deplasarea preformelor, pot să fie astfel calibrate încât să asigure deplasarea preformei prestabilite din primul punct (capătul) de pe suprafața băii de metal de bază topit, pe suprafața respectivei băi, până la celălalt punct predeterminat (celălalt capăt), într-o perioadă de timp care să corespundă timpului necesar pentru dezvoltare în proporție prestabilită, a produsului reacției de oxidare în preforma respectivă. Astfel, prin alimentarea continuă a noi preforme pe suprafața băii de metal de bază topit, la unul din capete, și eliminarea preformelor infil109189 trate din baia respectivă, la cel de-al doilea capăt, după un interval de timp calculat, asigură continuitatea în desfășurarea procesului. Ca alternativă, se poate aplica observarea vizuală, pentru examinarea dacă respectivele preforme au fost înglobate în proporție dorită de produsul reacției de oxidare a metalului de bază topit (de exemplu, preforma poate să se cufunde în baia de metal topit, pe măsură ce produsul reacției de oxidare se dezvoltă în aceasta și astfel volumul de preformă ce rămâne deasupra suprafeței băii, poate să fie utilizat pentru aprecierea extinderii creșterii produsului reacției de oxidare în preformă). Trebuie precizat că, concentrarea anumitor constituenți în baia de metal topit, poate să necesite anumite corectări în timpul desfășurării procesului continuu. Aceasta desigur se datorește faptului că anumiți constituenți ai metalului de bază, în timpul desfășurării procesului, pot să fie consumați în ritmuri mai rapide decât alții. Concentrațiile respectivilor constituenți pot să fie urmărite prin utilizarea unor senzori sau metode de testare continuă. Atunci când se impune creșterea sau reducerea concentrației anumitor constituenți ai metalului de bază, se pot folosi mijloace uzuale convenabile, pentru adăugarea directă în baie a unuia sau mai multor constituenți sau pentru adăugare în baie a unor compuși care reacționează cu anumiți constituenți pentru reducerea concentrației constituenților respectivi.

Trebuie observat că variantele de realizare a procedeului, conform invenției, prin flotare în flux continuu, semicontinuu și discontinuu, nu sunt limitate numai la utilizarea unui oxidant gazos. Se pot utiliza în cadrul acestor variante de realizare, diferite combinații de oxidantă solizi și/sau oxidanți gazoși.

Intr-o altă variantă de realizare a procedeului, conform invenției, fie inițial, fie într-un moment dat al procesului, preformele tind să se scufunde sub suprafața băii de metal de bază topit Atunci când această eventualitate se produce, se poate prevedea un mijloc pentru prevenirea cufundării totale a preformelor sub suprafața băii. De exemplu, se poate folosi un sistem de sprijin care să mențină cel puțin o porțiune a preformei deasupra suprafeței băii de metal de bază topit. Acest sistem poate să cuprindă un grătar sau un set de opritori, confecționați dintr-un material care să nu degradeze creșterea produsului reacției de oxidare la temperatura de proces și să poată să fie plasate sub preforme, astfel încât contactul între preforme și sistemul respectiv de sprijin să asigure ca cel puțin o porțiune a fiecărei preforme să rămână deasupra suprafeței băii de metal de bază topit în varianta desfășurării procesului în flux continuu, sistemul de sprijin poate să fie montat pe mijloacele de deplasare a preformelor pe suprafața băii de metal de bază topit

Pe fig.5, este reprezentat în secțiune transversală un ansamblu 14, pentru realizarea procedeului, conform invenției, în varianta prin flotare în flux discontinuu. Pentru a preveni posibilitatea cufundării preformei 19 în baia de metal de baza 15, aceasta plutește pe suprafața băii 15, deasupra unui set de opritoare 21, care sunt atașate de, sau plasate pe fundul conteinerului 13, ce conține baia de metal de bază topit 15. Suprafețele băii de metal topit 15 și ale preformei 19, expuse la atmosfera înconjurătoare, sunt acoperite cu un strat subțire 17, dintr-un material ce previne sau inhibă reacția dintre atmosfera respectivă și metalul de bază topit Totuși, stratul 17 nu oprește pătrunderea atmosferei în preforma 19, fapt ce permite produsului reacției de oxidare să se dezvolte și să infiltreze cel puțin parțial preforma 19. Setul de opritori 21, este confecționat dintr-un material care nu degradează și nu reacționează cu metalul de bază topit la temperaturile de proces. în plus, setul de opritoare 21, trebuie să fie astfel dimensionat și profilat, încât să prevină ca cel puțin o porțiune a preformei 19 să se cufunde sub suprafața băii 15, după ce preformă 19, a fost cel puțin parțial infiltrată de produsul reacției de oxidare a metalului de bază.

în alte variante de realizare a procedeului, conform invenției, prevenirea cufundării preformelor sub suprafața băii de metal de bază topit, prevăd atașarea unui guler plutitor la preformă. Acest guler plutitor, poate să fie confecționat dintr-un material care să suporte greutatea preformei, adică menține cel puțin o porțiune a acesteia deasupra băii de metal de bază topit De preferință, gulerul de plutire poate să fie impermeabil la creșterea produsului reacției de oxidare, a metalului de bază topit cu oxidantul. Dacă gulerul de plutire nu ar fi impermeabil, atunci el ar deveni o porțiune din preformă, ceeace nu este de dorit De asemenea, dacă gulerul de plutire ar fi parțial infiltrat de produsul reacției de oxidare, în aceste condiții el ar trebui să suporte greutatea preformei înglobate, conservând suficientă flotabilitate, ceeace este greu de realizat

Pe fig.6, este ilustrat în secțiune transversală un ansamblu 16 pentru realizarea procedeului, conform invenției, hi flux continuu, în varianta prin flotare, în care se previne cufundarea preformelor 19 sub suprafața băii de metal topit 15, pe măsură ce acestea sunt înglobate prin creșterea produsului reacției de oxidare a materialului de bază. Respectivele preforme 19 plutesc pe suprafața băii de metal 15, conținute într-un conteiner 13. La fiecare preformă 19 este atașat câte un guler de plutire 23, confecționat dintr-un material cu caracteristicile descrise în paragraful precedent Gulerele 23 mențin preformele 19 deasupra suprafeței băii de metal topit 15. Suprafețele băii respective, expuse contactului cu atmosfera înconjurătoare, pot să fie acoperite cu un strat 17 de material, care previne sau inhibă reacția dintre atmosferă și metalul de bază topit din baia 15. Suprafețele expuse ale preformelor 19 pot să fie, de asemenea, acoperite cu un material de acest tip, dacă ele nu sunt acoperite cu un material de bariera sau de gulerele de plutire 23.

în afara de cele expuse mai sus, pentru a se preveni cufundarea preformelor sub suprafața băii de metal de bază topit, se pot utiliza, de asemenea, mijloacele prin care preformele sunt susținute prin părțile superioare sau lateral. în mod concret, preformă poate sa fie atașata la un mijloc de sprijin ce se extinde dintr-un punct situat deasupra sau într-o parte a băii de metal topit De exemplu, la preformă și la un punct situat deasupra băii de metal topit sau cel puțin lateral în raport cu aceasta, se poate atașa un element staționar de sprijin. Acest element staționar, ar putea să fie util în variantele de realizare a procedeului, conform invenției, prin flotare în flux discontinuu sau semicontinuu. în varianta de realizare a procedeului prin flotare în flux continuu, elementul de sprijin ar putea să fie fixat pe o șină sau o sârmă, dispusă deasupra sau cel puțin lateral față de suprafața băii de metal de bază topit în această variantă de realizare, elementul de sprijin ar putea să funcționeze și ca parte integranta a mecanismului pentru deplasarea preformei pe suprafața băii de metal de bază topit

Pe fig.7, este ilustrat în secțiune transversală un ansamblu 18 utilizat pentru realizarea procedeului, conform invenției, în varianta prin flotare, în flux discontinuu, pentru prevenirea cufundării preformelor 19 sub suprafața băii de metal topit 15, pe măsura ce aceste preforme 19, sunt infiltrate de produsul reacției de oxidare al metalului de bază. Respectivele preforme 19 plutesc pe suprafața băii de metal topit 15, conținute într-un conteiner 13. Preformele 19 sunt atașate la niște elemente de sprijin 25, atașate la rândul lor la un suport superior

27. Ansamblul element de sprijin 25 suport superior 27, formează un cadru de sprijin care previne cufundarea preformelor 19 sub suprafața băii de metal topit 15. Elementele de sprijin 25, pot să fie astfel executate, încât să funcționeze numai după cufundarea parțială a preformelor 19 în baia de metal topit 15. Suprafețele băii 15 și ale preformelor 19, expuse contactului cu atmosfera ambiantă, sunt acoperite cu un strat subțire 17 dintr-un material care previne sau inhibă reacția acestei atmosfere cu metalul de bază topit De precizat că stratul 17 nu împiedică contactul și pătrunderea atmosferei oxidante în preformele 19, permițând astfel creșterea produsului de reacție de oxidare a metalului de bază în preformă și înglobarea parțială a acesteia.

Un mijloc exterior pentru prevenirea cufundării preformei sub suprafața metalului de bază, ar putea să fie necesar numai în acele situații când se utilizează un oxidant în fază de vapori și nu există mijloace adecvate pentru a furniza respectivul oxidant, în fază de vapori, preformei, atunci când aceasta este imersată total în baia de metal topit Trebuie precizat că baia de metal topit, descrisă mai sus, nu este limitată ca gabarit și formă. De exemplu, ea poate să aibă o suprafață pătrată, dreptunghiulară, circulară, triunghiulară etc. în plus, baia de metal topit poate să aibă o arie a suprafeței care poate să varieze de la câțiva milimetri pătrați, la peste câteva mii de metri pătrați.

într-o altă variantă de realizare a procedeului, conform invenției, o masă afânată de material de umplutură este cel puțin parțial delimitată în cadrul unui element de sprijin, și coborâtă ulterior într-o baie de metal de bază topit (această variantă de realizare este menționată în unele cazuri ca primul mod de realizare a variantei cu imersiune, ce va fi expusă mai departe). Ca și în variantele prezentate anterior, procesul se poate realiza în flux discontinuu, semicontinuu sau continuu. în situația în care varianta de realizare a procedeului, conform invenției, se desfășoară în flux discontinuu, o masă/preformă de umplutură poate să fie delimitată sau atașată la un element de sprijin, care este apoi coborât în baia de metal de bază topit pentru realizarea contactului cu aceasta. După ce produsul reacției de oxidare a metalului de bază cu un oxidant s-a dezvoltat complet în masa afânată de umplutură sau preformă și a înglobat-o, aceasta se scoate din baia de metal topit și este lăsată să se răcească. Baia de metal de bază topit este apoi drenată, eventual se introduce metal proaspăt de bază și se reia procesul pentru dezvoltarea structurii compozite în masa/preforma de umplutură următoare.

Dacă, în varianta de realizare a procedeului, conform invenției, prin imersiune, se folosește un oxidant gazos, cel puțin o porțiune a masei/preformei de umplutură trebuie să fie menținută deaspra suprafeței băii de metal de bază topit, în afară de cazul când se folosește un element pentru alimentarea în masa/preforma de umplutură a oxidantului gazos. Un exemplu de acest tip de element este ilustrat pe fig.l, în secțiune transversală, cuprinzând un tub din oțel inoxidabil 1, utilizat pentru alimentarea oxidantului gazos într-o preformă 2 de formă tronconică menținută într-un element de sprijin 3. Elementul de sprijin 3, cuprinde o tijă filetată 4, având atașată la capătul său inferior o piuliță 5. Piulița 5 este fixată într-un dop refractar 6. La capătul superior al preformei 2, tija 4 trece printr-o placă din oțel inoxidabil 9, pătrunzând într-un tub 37, de asemenea, din oțel inoxidabil. Capătul inferior al tubului 37 este în contact cu placa inferioară din oțel inoxidabil 9, iar la capătul superior cu un opritor 35. Deasupra acestui prim opritor 35, tija filetată 4 este înconjurată de două arcuri 39, fixate între trei opritoare 35. în vârful tijei 4 este montată o piuliță superioară

33. Atunci când piulița superioară 33 este strânsă, tubul din oțel inoxidabil 37 exercită o presiune asupra plăcii 9 și dopul refractar 6 este tras spre preforma 2. Prin folosirea unor garnituri 8 dintr-o hârtie refractară marca Fiberfax R (produs de firma Sohio/Carborundum), dispuse în109189 tre suprafața superioară a preformei 2 §i inferioară a plăcii 9 §i între suprafața extremă inferioară a preformei 2 și suprafața superioară a dopului refractar 6 și prin strângerea piuliței superioare 33, suprafețele interioare 41 ale preformei 2, pot să fie izolate de mediul înconjurător. Prin trecerea unui oxidant gazos prin tubul din oțel inoxidabil 1, în interiorul preformei 2, se poate dezvolta un produs al reacției de oxidare al metalului de bază topit conținut în baia 43, spre suprafețele interioare 41 ale preformei 2. Un element pentru dirijarea fluxului de oxidant (nefigurat), spre suprafețele interioare ale preformei 2, poate fi utilizat în asociație cu tubul din oțel inoxidabil 1. Intr-o variantă de realizare, preferată, elementul de dirijare, menționat, cuprinde o piesă ceramică reticulată, extinzându-se în mai multe direcții și de preferință, în toate direcțiile de la tubul din oțel inoxidabil 1 spre suprafețele interioare ale preformei 2.

Piesa ceramică reticulată poate să aibă o porozitate interconectată în volum mai mare de 20% și mai mică de 95%, de exemplu, materialele adecvate includ filtre de metal topit Anporox (tipul T-10 inferior și T-2 inferior - Astro Met Inc. Cincinati, OH 45215).

Oxidantul în fază de vapori este forțat să intre în piesa ceramică reticulată, în una sau mai multe locații și iese din piesă tot prin mai multe locații, dintre care unele, de preferință, amplasate aproape de secțiunile inferioare ale suprafețelor interioare 41 ale preformei 2, înainte ca oxidantul gazos să se ridice și să contacteze secțiunile de mijloc și superioare ale suprafețelor interioare 41 ale preformei 2. Această tehnică asigură secțiunilor inferioare ale suprafețelor interioare ale preformei 2, un acces mai mare al oxidantului în fază de vapori, având ca rezultat un mod de creștere mai uniformă a produsului reacției de oxidare în preforma 2. Suprafețele interioare 41 ale preformei 2, pot să fie acoperite cu un material de barieră, pentru prevenirea supracreșterii produsului reacției de oxidare. Un mijloc extern pentru alimentarea oxidantului gazos, de tipul celui ilustrat pe fig.l, nu este necesar în cazul sistemelor ce utilizează cel puțin un oxidant ales din grupul cuprinzând un oxidant solid, un oxidant lichid și o sursă internă de oxidant în fază de vapori. De exemplu, pentru a se produce cel puțin un oxidant în fază de vapori la o temperatură mai mare decât temperatura camerei și care, de preferință, este apropiată de temperatura de topire a metalului de bază, o substanță și/sau un amestec de substanțe, care se descompune sau reacționează între ele poate să fie plasată în interiorul preformei 2, pentru a asigura prezența cel puțin al unui oxidant în fază de vapori în interiorul preformei 2, la temperatura de reacție de oxidare. Ca alternativă, materialul preformei 2 poate el însăși să cuprindă un oxidant solid, un oxidant lichid, sau un amestec al acestora.

Invarianta semi-continuă de realizare a procedeului, conform invenției, prin imersiune, baia de metal topit poate să fie refolosită pentru mai multe creșteri ale produsului reacției de oxidare, până când 1), fie că baia de metal topit se epuizează, fie că 2), concentrația anumitor constituenți ai metalului de bază, va crește sau va descrește, într-o astfel de măsură, încât va afecta negativ procesul creșterii dorite a reacției de oxidare a metalului de bază topit în varianta continuă de realizare a procedeului, conform invenției, prin imersiune, o serie de ansambluri, fiecare cuprinzând o masă/preformă de umplutură, conținută în/sau atașată la un suport, poate să fie coborâte în, trase prin, și ridicate dintr-o baie de metal topit Acest proces continuu, poate să fie realizat prin atașarea elementului suport al fiecărui ansamblu la o șină sau la un cablu, și calibrarea mișcării șinei sau a cablului, astfel, încât ansamblul să fie în contact cu baia de metal topit suficient pentru a permite extinderea dorită a creșterii produsului reacției de oxidare a metalului topit în masa/preforma de umplutură.

Un proces continuu în varianta procedeului, conform invenției, prin imersiune, este reprezentat schematic pe fig.2. Astfel, o serie de ansambluri 47, sunt coborâte continuu, trase prin și ridicate dintr-o baie de metal de bază topit 50. Ansamblurile 47 sunt atașate la niște elemente suport 48 care sunt atașate la rândul lor și se deplasează pe șina 49.

Ca și în cazul procesului discontinuu, variantele de realizare a procedeului, conform invenției, prin imersiune în flux semicontinuu sau continuu, se pot utiliza mijloace exterioare pentru asigurarea oxidantului gazos, pentru preformă/ masa de umplutură, atunci când acestea sunt complet imersate în baia de metal de bază topit Astfel, ansamblul ilustrat pe fig.l, poate să fie utilizat în cadrul proceselor semicontinue și continue (fig.2) de realizare a procedeului, conform invenției, prin imersiune.

După cum s-a manționat mai sus, ar putea fi necesar sau dorit, în varianta prin imersiune în flux continuu, să aibă loc creșterea sau descreșterea anumitor constituenți în baia de metal topit, în timpul desfășurării procesului. Această creștere sau descreștere ar putea să fie de dorit, prin faptul că anumiți constituenți ai metalului de bază s-ar consuma mai ușor în timpul procesului, și aceasta poate să influențeze în sensul dorit Concentrațiile constituenților pot să fie urmărite, de exemplu, folosind niște senzori sau alte mijloace de testare continuă. Atunci când se impune creșterea sau descreșterea concentrației anumitor constituenți ai metalului de bază, se pot utiliza orice mijloace convenabile, ca de exemplu, adăugarea unor elemente direct sau adăugarea unor elemente sau compuși care reacționează cu anumiți constituenți ai metalului de bază, pentru mărirea sau reducerea concentrației aces24 tora.

In ambele variante de realizare a procedeului, conform invenției, prin flotație sau prin imersiune, se pot utiliza elemente cu rol de barieră pentru controlul creșterii produsului reacției de oxidare a metalului de bază și a permite formarea unor corpuri compozite cu matrice ceramică de formă și profil predeterminat Aceste elemente de barieră vor fi descrise în continuarea descrierii.

O altă variantă a procedeului, conform invenției, se referă la formarea continuă a corpurilor cu matrice ceramică, prin aducerea în contact a metalului de bază topit cu un oxidant, și obținerea în condiții predeterminate a produsului de oxidare menționat Pentru delimitarea creșterii acestui produs, se folosesc elemente de barieră profilate corespunzător, care pot fi plasate și profilate pentru obținerea unei cavități în corpul ce se obține. Corpul final cu matrice ceramică profilat se obține prin eliminarea elementelor de barieră folosite în proces și a oricăror carcase de metal de bază, rezidual, care s-ar putea atașa de suprafața corpului matricei ceramice, care a fost în contact cu metalul de bază topit Pentru funcționarea în flux semicontinuu sau continuu, o serie de structuri prefabricate, cuprinzând cel puțin un material de barieră, se aduc în contact cu metalul de bază topit, un timp suficient pentru a asigura creșterea produsului reacției de oxidare, până la limitele definite de pereții interiori ai fiecărei structuri profilate de material cu rol de barieră. Atunci când prin creșterea produsului reacției de oxidare s-a realizat umplerea, practic completă, a cavității interioare constituite de structura materialului de barieră, reacția de oxidare poate să fie întreruptă sau încheiată prin: 1) întreruperea contactului între corpul de matrice ceramică format și sursa de metal de bază topit și, 2) prin întreruperea contactului între oxidant și sursa de metal de bază în stare topită. Contactul între metalul de bază topit și corpul cu matrice ceramică, poate să fie întrerupt, prin deplasarea fizică a corpului cu matrice ceramică, existent în structura materialului de barieră, în raport cu sursa de metal de bază topit în mod alternativ, cavitatea interioară din structura materialului de barieră, poate să fie alimentată cu o cantitate precalculată de metal de bază pentru creșterea cantității prestabilite de produs al reacției de oxidare.

Contactul între oxidant și sursa de metal de bază topit, ar putea să fie întrerupt (contact care se realizează de la o sursă externă, printr-un tub refractar), prin îndepărtarea acestui tub din sistem, atunci când creșterea produsului reacției de oxidare a condus la umplerea în măsură dorită a cavității interioare în structura materialului de barieră. în mod alternativ, cavitatea interioară, sus amintită, a structurii materialului de barieră ar putea să fie alimentată cu o cantitate precalculată de oxidant, care să se termine, atunci când creșterea produsului reacției de oxidare a metalului de bază topit, a condus la umplerea respectivei cavități în volum prestabilit

Realizarea producției continue de corpuri din matrice ceramică, necesită realizarea unor structuri inițiale, având elemente de barieră autoincluse, cuprinzând o cavitate interioară. Cel puțin o parte din cavitățile interioare menționate ar putea avea o configurație care să permită producerea corpurilor cu matrice ceramică, având o formă ce corespunde profilului cavității interioare. De precizat că cel puțin una din cavitățile interioare ar putea să conțină metal de bază. Acest metal de bază ar putea să fie introdus inițial în timpul formării structurii cuprinzând materialul de barieră, autoinclus, sub forma unui lingou solid de metal de bază, sau acest metal de bază ar putea să fie introdus oricând în stare pulverizată sau lichidă printr-o deschidere practicată în structura materialului de barieră. Cantitatea de metal de bază introdus în structura materialului de barieră, ar putea să fie: 1) o cantitate precalculată, suficientă pentru a se produce o creștere a produsului reacției de oxidare care ar umple secțiunile profilate ale cavității interioare profilate în proporție dorită; 2) o cantitate mai mare decât necesară pentru creșterea produsului reacției de oxidare care să umple complet toate cavitățile interioare respective. In ultimul caz s-ar putea produce un corp cu matrice ceramică, având atașată o anumită cantitate de metal al matricei nereacționab rezidual, respectiv o carcasă de metal de bază.

Structura din material de barieră descrisă, poate să fie alimentată în mai multe feluri și folosind diverse mijloace, în primul rând, structura din material de barieră poate să fie permeabilă la oxidantul ce o înconjoară. în al doilea rând, un mijloc extern poate să fie utilizat pentru alimentarea cu oxidant a cavității interioare. De exemplu, se poate utiliza un tub din material refractar sau din oțel inoxidabil, prin care se permite accesul cel puțin al unui oxidant In final, secțiunea profilată a cavității interioare, poate să fie alimentată inițial o cantitate precalculată de cel puțin un oxidant, care să fie suficientă pentru a permite realizarea unei creșteri a produsului reacției de oxidare, care să umple secțiunile profilate ale cavităților interioare menționate.

Structurile din material de barieră descrisă, pot să fie puse continuu în legătură cu elemente care să asigure deplasarea acestora spre o sursă de încălzire (de exemplu, un cuptor), care să permită acestor structuri și conținutului lor să atingă temperatura necesară producerii reacției de oxidare. Mijloacele de deplasare a structurilor din materiale de barieră descrise, ar putea să fie calibrate, astfel încât aceste structuri și conținutul lor să rămână la temperatura reacției un timp suficient pentru a permite creșterea produsului reacției de oxidare în măsură suficientă, pentru a umple secțiunile profilate ale cavităților interne ale materialului de barieră. După realizarea acestei creșteri, structurile respective si conținutul acestora sunt răcite și materialele de barieră și, respectiv carcasele metalice dacă există, sunt înlăturate de pe corpurile cu matrice ceramică rezultate.

O altă posibilitate de producere a corpurilor cu matrice ceramică în mod continuu, este de a contacta o serie de structuri din material de barieră cu secțiune deschisă (o cavitate profilată, o secțiune deschisă) cu o baie de metal de bază topit Metalul de bază topit ar putea să reacționeze cu un oxidant pentru a forma produsul reacției de oxidare, care ar putea să crească în cavitatea profilată existentă în fiecare structură de material de barieră. Atunci când această creștere a condus la umplerea în măsură dorită a cavității profilate, respective, alimentarea oxidantului sau contactul între corpul cu matrice ceramică conținut în structura de material de barieră și sursa de metal de bază topit se întrerupe și se previne creșterea în continuare a produsului reacției de oxidare, descris mai sus.

Există desigur mai multe posibilități ca structurile din material de barieră, să fie menținute continuu, în contact cu baia de metal de bază topit Una din aceste tehnici posibile constă în acoperirea băii de metal de bază topit, cu un material de barieră cuprinzând goluri sau fante, prin care oxidantul poate să contacteze metalul de bază topit La capătul superior al deschiderilor sau fantelor se plasează o structură de material de barieră, conținând o cavitate profilată, astfel încât produsul reacției de oxidare ce se formează poate să se dezvolte dinspre gaura sau cavitatea respectivă, în cavitatea profilată existentă în fiecare din structurile materialului de barieră. Acest mod de realizare, poate să necesite ca practic întreaga suprafață a metalului de baza topit să fie acoperită cu material de barieră, pentru a preveni creșterea nedorită a produsului reacției de oxidare, în alte direcții decât prin găurile sau fantele menționate. Se poate realiza un sistem, confonn căruia suprafața băii de topitură metalică, se acoperă continuu cu un material de barieră, atunci când temperatura și condițiile în care se află oxidantul, sunt astfel asigurate, încât produsul reacției de oxidare s-ar putea dezvolta din oricare punct al suprafeței metalului de bază neacoperit de materialul barieră. De aceea, prin controlul temperaturii metalului de bază și/sau a atmosferei care este în contact cu metalul de bază topit, creșterea produsului reacției de oxidare poate să fie controlată în perioada în care suprafața metalului de bază nu este acoperită de materialul barieră. Prin eliminarea continuă a structurilor din material de barieră, care s-au umplut în suficientă măsură, de produsul reacției de oxidare a metalului de bază, și plasarea unor structuri proaspete din material de barieră în pozițiile prestabilite, se poate asigura continuitatea procesului.

Un alt mod de realizare continuă a unor corpuri cu matrice ceramică folosind o baie de metal de bază topit, este de a contacta continuu secțiunea de material de barieră, ce include: 1) o secțiune deschisă și 2) o cavitate profilată conectată la o secțiune deschisă, cu respectiva baie de metal de bază topit Structura de material de barieră, ar putea să fie conectată la un element care să o deplaseze pe suprafața băii de metal de bază topit sau prin baia de metal de bază topit O cavitate din structura materialului de barieră, ar putea să fie inițial alimentată cu un oxidant solid sau lichid, sau cu o atmosferă oxidantă, printr-un mijloc extern, de exemplu, un tub din material refractar sau din oțel inoxidabil. Suprafețele expuse ale băii topite care nu sunt în contact cu secțiunile deschise ale structurii de material de barieră, ar putea să fie protejate cu un strat de material de barieră (cum sunt particule de volastonit), în situațiile în care atmosfera sau mediul ambiant, ar putea să fie reactive, în raport cu metalul de baza topit Elementul care asigură deplasarea structurilor din material de barieră, deasupra suprafeței băii de metal de bază topit și prin respectiva baie de metal topit, ar putea să fie calibrat astfel încât să permită ca secțiunea deschisă a structurii din material de barieră, să fie în contact cu baia de metal de bază topit, un timp predeterminat, care să permită creșterea produsului reacției de oxidare a metalului de bază, și umplerea corespunzătoare a cavității interioare din respectiva structură. Prin alimentarea continuă într-o secțiune a băii de metal de bază topit, a structurilor din material de barieră proaspete, și evacuarea structurilor ce conțin în proporție stabilită produsul reacției de oxidare a metalului de bază, dintr-o altă secțiune a băii de metal de bază topit, se asigură continuitatea procesului.

Multe din posibilitățile de formare continuă a corpurilor cu matrice ceramică, descrise mai sus, pot să fie adaptate pentru producerea corpurilor compozite cu matrice ceramică. De exemplu, cavitatea profilată conținută în structura materialului de barieră, poate să conțină inițial un material de umplutură, care va fi ulterior înglobat de produsul reacției de oxidare în creștere, rezultând corpul compozit cu matrice ceramică. De asemenea, cavitatea poate să conțină o preformâ din material de umplutură, care va fi înglobată prin creșterea produsului reacției de oxidare. Ar putea să fie necesară prevederea unui element de sprijin, pentru a se preveni pierderea materialului de umplutură prin structura deschisă a barierei. Acest element de sprijin, poate să cuprindă cel puțin o deschidere care să permită accesul metalului de bază topit în cavitatea profilată, concomitent cu prevenirea scurgerii materialului de umplutură în baia de metal de bază topit.

în continuare, se prezintă detalii referitoare la materialele folosite în cadrul procedeului, conform invenției, și la natura produsului reacției de oxidare ce se obține în condițiile de proces.

O preformâ indicată în fabricarea corpurilor compozite cu matrice ceramică, în situația în care cel puțin un oxidant este în fază de vapori, trebuie să fie suficient de poroasă sau permeabilă, pentru a permite oxidantului gazos să pătrundă în preformâ pentru a contacta metalul de bază în stare topită. Preformâ trebuie, de asemenea, să fie autoportantă și totodată suficient de permeabilă, pentru a găzdui creșterea produsului reacției de oxidare și formarea matricei ceramice în preformâ, fără ca prin aceasta să fie modificată, distorsionată sau deteriorată în alt mod, configurația sau geometria preformei.

în cadrul procesului se poate folosi un oxidant solid, gazos sau o combinație a acestora. Oxidanții uzuali includ oxigen, azot, un halogen, sulf, fosfor, arsen, carbon, bor, seleniu, telur și/sau compuși ale acestora, de exemplu, silice (ca sursă de oxigen), metan, etan, propan, acetilenă, etilenă și propilenă (ca surse de carbon) și amestecuri cum sunt H2/H2O, și CO/CO2, ultimele două fiind utile în reducerea activității oxidante a atmosferei înconjurătoare. Ca urmare, structura cu matrice ceramică, obținută în condițiile, conform invenției, cuprinde un produs al reacției de oxidare, incluzând unul sau mai mulți oxizi, carburi, boruri, sau oxinitruri.

Produsul reacției de oxidare poate să fie constituit din oxid de aluminiu, nitrură de aluminiu, carbură de siliciu, borură de siliciu, borură de aluminiu, nitrură de titan, nitrură de zirconiu, borură de titan, borură de zirconiu, carbură de titan, carbură de zirconiu, nitrură de siliciu, borură de hafniu, oxid de staniu. Deși reacția de oxidare, este de regulă descrisă ca folosind un oxidant care este gazos, fie singur, fie în combinație cu un oxidant care este solid sau lichid, în condițiile de proces, trebuie menționat că utilizarea unui oxidant gazos este absolut obligatorie pentru producerea unui corp compozit cu matrice ceramică. Atunci când nu se utilizează oxidanți gazoși ci lichizi sau solizi în condițiile de proces, preformâ

Grapa ί t; 15

Preț lei ^20

Oficiul de Stat pentru Invenții șl Mărci

Tehnoredactare computerizată și multiplicare: Societatea Autonomă de Informatică SAi S.R.L.

nu trebuie să fie permeabilă la atmosfera înconjurătoare. Totuși, respectiva preformă trebuie să fie suficient de permeabilă, pentru a găzdui creșterea produsului reacției de oxidare, care să reprezinte matricea ceramică în preformă, fără disturbarea, deteriorarea sau alterarea în alt mod a configurației sau geometriei preformei.

Folosirea oxidanți lor solizi sau lichizi, poate să creeze condiții mai favorabile cineticilor de oxidare ai metalului de bază în preformă, decât în afara acesteia. Aceste condiții stimulative sunt benefice în promovarea dezvoltării matricei în preformă, până la limita acesteia, și minimalizează supracreșterile. Când se folosește un oxidant solid, el poate să fie dispersat prin întreaga preformă, sau printr-o porțiune a acesteia, adiacentă metalului de bază, oxidantul putând fi introdus în sistem, sub formă de particule, să fie preamestecat cu materialul preformei, sau respectiv să fie aplicat sub forma unei acoperiri, pe particulele materialului preformei. Oxidanții solizi adecvați pot să includă elemente adecvate cum sunt: borul, sau carbonul, sau compuși reductibili cum este bioxidul de siliciu (ca sursă de oxigen) sau anumite boruri cu o stabilitate termodinamică mai redusă față de produsul sub formă de borurâ rezultat prin reacția metalului de bază topit cu respectivul oxidant

Dacă se folosește un oxidant lichid, acesta poate să fie dispersat prin întreaga masă a preformei sau o porțiune a acesteia adiacentă metalului de bază topit Prin oxidant lichid se înțelege produsul care este lichid în condițiile de proces de oxidare; de precizat că, oxidantul lichid poate să aibă un precursor solid, cum este o sare care se topește în condițiile reacției de oxidare. De asemenea, oxidantul lichid poate să aibă un precursor lichid, de exemplu, o soluție a unui material care este utilizat pentru a acoperi o parte sau în totalitate suprafețele poroase ale preformei și care se topește sau se descompune în condițiile de proces, asigurând oxidantul corespunzător necesar desfășurării procesului. Exemple de oxidanți lichizi, conform definiției de mai sus, includ sticlele cu punct de topire scăzut

In cadrul procedeului, conform invenției, metalele de bază adecvate sunt alese din grupul cuprinzând aluminiul, titanul, siliciul, hafniul, zirconiul, staniul, fiind preferat aluminiul.

După cum se explică și în brevetele (acordate aceleiași firme) prezentate la stadiul tehnicii, adăugarea unor dopanți în compoziția aluminiului ca metal de bază, sau în asociere cu aluminiul în cadrul sistemului care asigură desfășurarea procedeului, conform invenției, poate să influențeze pozitiv procesul reacției de oxidare. Funcția sau funcțiile materialului dopant, poate să depindă de un număr de factori alții decât dopantul însăși. Acești factori includ, de exemplu, produsul final preconizat, combinația specifică de dopanți când se folosesc mai mulți dopanți, folosirea unor dopanți aplicați extern, în combinație cu un dopant aliat cu metalul de baza, concentrația dopantului, ambianța oxidantă a sistemului și condițiile de proces.

Dopantul sau dopanții folosiți în asociere cu metalul de bază pot să fie furnizați sistemului, 1) ca elemente de aliere ale metalului de bază, 2) se pot aplica pe cel puțin o porțiune a metalului de bază, 3) se pot introduce în materialul de umplutură, 4) se poate folosi orice combinație a variantelor 1, 2 sau 3. De exemplu, un dopant aliat poate să fie utilizat în combinație cu un dopant aplicat extern. Sursa de dopant poate să fie asigurată, fie prin plasarea unei pulberi de dopant sau a unui corp rigid dopant, fie în contact cu cel puțin o porțiune a suprafeței metalului de bază. De exemplu, o folie subțire de sticlă silicioasă, poate sa fie plasată pe o suprafață a aluminiului ca metal de bază. Aluminiul folosit ca metal de bază, dopat prin aliere cu magneziu, și acoperit cu un material conținând siliciu, se încălzește într-o atmosferă oxidantă (în cazul aluminiului, în aer) în intervalul de temperaturi între 850 și 1450°C și de preferință între 900 și 1350°C, aceasta conducând la creșterea materialului ceramic policristalin. în cazul în care dopantul se aplica extern, pe cel puțin o porțiune din suprafața aluminiului, ca metal de bază, produsul policristalin al reacției de oxidare a aluminiului se dezvoltă, în general, mult în spatele stratului de dopant De precizat că unul, sau mai mulți dintre dopanții ce se introduc în sistem, pot să fie aplicați la exterior pe suprafața metalului de bază. In plus, orice deficiențe de concentrație în dopanții aliați ai metalului de bază, pot să fie compensate prin cantități suplimentare din dopanții respectivi, aplicați la exterior pe metalul de bază.

Când se folosește aluminiul ca metal de bază, și aerul ca oxidant, dopanții includ magneziu, zinc și siliciu, în combinație cu alți dopanți care vor fi descriși mai jos. Aceste metale sau o sursă a respectivelor metale, pot să fie aliate cu aluminiul (metalul de bază), în proporție de 0,1...10% în greutate fiecare, raportată la greutatea totală a aluminiului dopat Concentrațiile în acest domeniu, inițiază creșterea structurii ceramice, stimulând transportul de metal ș i influențând favorabil morfologia creșterii produsului reacției de oxidare a aluminiului. Domeniul de concentrații pentru oricare dintre dopanți, va depinde de astfel de factori cum este combinația de dopanți și temperatura procesului.

Alți dopanți care sunt eficienți în promovarea creșterii aluminei ca produs policristalin al reacției de oxidare a aluminiului ca metal de bază, sunt germaniul, staniul și plumbul, în special, când sunt folosiți în combinație cu magneziul. Unul sau mai mulți din acești dopanți sau o sursă adecvată a acestora, se aliază cu sistemul de metale de bază pe bază de aluminiu, în concentrații situate pentru fiecare între 0,5 și 15%, în greutate, dar cineticile de creștere mai favorabile ale produsului reacției de oxidare, se obțin la concentrații de dopanți în domeniul situat între circa 1 și 10% în greutate, din masa totală a aliajului. Plumbul este aliat cu aluminiul, la o temperatură de cel puțin 1000°C, având în vedere solubilitatea sa slabă în aluminiu, de precizat, că adaosul de alți componenți de aliere, cum este staniul, va conduce, în general, la creșterea solubilității plumbului și permite adaosul materialelor de aliere la o temperatură mai scăzută. In cazul aluminiului ca metal de bază și a aerului ca oxidant, combinațiile deosebit de utile de dopanți includ:

a) magneziu și siliciu sau b) magneziu, zinc și siliciu. în astfel de cazuri, concentrația preferată de magneziu, variază între circa 0,1 și 3% în greutate, pentru zinc între circa 1 și 6% în greutate și pentru zinc între circa 1 și 10% în greutate.

Alte exemple de materiale dopante ce se pot folosi, în cazul când, ca metal de bază este aluminiul, includ sodiul și litiul, ce se pot folosi individual sau în combinație, cu unul sau mai mulți alți dopanți, enumerați mai sus, în funcție de condițiile de proces. Sodiul și litiul se introduc în sistem (undividual sau în combinație cu alți dopanți) în concentrații de circa 100...200 ppm, în greutate. Alți dopanți utili sunt calciul, borul, fosforul, ytriul, și pământurile rare ca lantanul, ceriul, praseodimul, neodimul și samariul, în special în combinație cu alți dopanți enumerați mai sus.

Când se aplică extern, materialele dopante se aplică de obicei pe o porțiune a unei suprafețe a metalului de bază, sub forma unei acoperiri a acestuia. Cantitatea de dopant este eficientă într-un domeniu larg comparativ cu cantitatea de metal de bază - aluminiul, pe suprafața căruia se aplică, fără a se fi putut stabili experimental însă limite superioare și inferioare de aplicare. Astfel, atunci când se utilizează siliciu ca dioxid de siliciu, aplicat extern pe suprafața aluminiului ca metal de bază, fenomenul de creștere ceramică policristalină s-a obținut la cantități de ordinul a 0,0001 g siliciu/cm de suprafață de metal de bază, sau 0,00003 g siliciu/g metal de bază, în asociere cu un al doilea dopant, magneziul. S-a stabilit, de asemenea, că o structură ceramică se poate obține dintr-un metal de bază constituit dintr-un aliaj de aluminiu-siliciu, folosind aerul ca oxidant, sau respectiv oxigenul, folosind ca dopant MgO într-o cantitate mai mare de 0,0008 g Mg/g de metal de bază ce urmează să fie pxidat și mai mare de 0,0003 g Mg/crn de suprafață de metal de bază pe care se aplică MgO.

Când metalul de bază este aluminiul, dopat prin aliere, cu magneziu și mediul oxidant este aerul sau oxigenul, s-a constatat că megneziul este cel puțin parțial oxidat în afara aliajului la temperaturi cuprinse între 820 și 950°C. în aceste cazuri, de sisteme dopate cu magneziu, acesta formează oxid de magneziu și/sau o fază de spinel de aluminat de magneziu la suprafața aliajului de aluminiu topit §i în timpul procesului de creștere, astfel de compuși ai magneziului, rămân în primul rând la suprafața inițială de oxid a metalului de bază (suprafața de inițiere) în structura ceramică ce se obține. Ca urmare, în asemenea sisteme dopate cu magneziu, se produce o structură pe bază de oxid de aluminiu, pe lângă stratul relativ subțire de spinel de aluminat de magneziu la suprafața de inițiere. Dacă este necesar, suprafața de inițiere poate să fie ușor eliminată prin șlefuire, prelucrare mecanică, polizare sau sablare, înainte de utilizarea produsului rezultat din proces.

într-o variantă de realizare a procedeului, conform invenției, se poate introduce în sistem un oxidant gazos diferit, în timpul procesului de creștere a produsului reacției de oxidare. In acest context, diferit se referă la o compoziție chimică diferită, de oxidantul gazos (sau solid) inițial. Ca urmare, cel de al doilea produs al reacției de oxidare format cu oxidantul gazos diferit de cel inițial, are ca rezultat formarea a două corpuri sau faze din matrice ceramică, atașate in36 tegral între ele, având proprietăți tipice (de exemplu, un strat poate să fie format pe primul corp compozit ceramic).

într-o altă variantă posibilă, se formează în totalitate, mai întâi un corp compozit cu matrice ceramică, și după aceea el este adus în contact cu un oxidant de preferință diferit de cel care a servit la formarea produsului reacției de oxidare ce a reprezentat matricea pentru structura compozită menționată. In această variantă alternativă, metalul de bază rezidual interconectat din corpul compozit cu matrice ceramică, este tras spre cel puțin o suprafață a corpului compozit cu matrice ceramică, și este supus reacției cu oxidantul diferit, formând astfel un produs al reacției de oxidare diferit, pe un substrat al produsului reacției de oxidare format inițial.

Conform unei alte variante de realizare posibile, constituentul metalic din corpul compozit cu matrice ceramică, poate să fie reglat prin schimbarea compoziției acestuia. Specific, de exemplu, un al doilea metal poate să fie aliat cu sau difuzat în metalul de bază, în timpul, spre exemplu, creșterii produsului reacției de oxidare, pentru a modifica favorabil compoziția și implicit proprietățile mecanice, chimice, electrice și/sau fizice ale metalului de bază.

Pentru a optimiza formarea unui corp compozit cu matrice ceramică profilat, în asociație cu o masă/preformă de umplutură, se poate folosi un element cu rol de barieră. Un element de barieră corespunzător, este elementul adecvat care interferă, inhibă sau oprește creșterea sau dezvoltarea produsului reacției de oxidare. Elemente de barieră adecvate, pot să fie oricare material, compus, element, compoziție, care în condițiile de proces, conform invenției, mențin o oarecare integritate, nu este volatil, și de preferință este permeabil la un oxidant gazos (dacă se folosește acest tip de oxidant), respectivul element de barieră trebuind să fie capabil să inhibe, să stopeze, să interfere, să prevină sau să întrerupă creșterea continuă a produsului reacției de oxidare a metalului de bază. O categorie de elemente de barieră include clasa materialelor care pot să fie neumectabile de metalul de bază topit. Un element de barieră de acest tip, nu manifestă afinitate față de metalul de bază în stare toptiă, transportat prin materialul de umplutură, creșterea produsului reacției de oxidare fiind oprită în momentul când este atinsă limita definită de respectiva barieră. Alte tipuri de bariere tind să reacționeze cu metalul de bază topit, transportat, astfel încât inhibarea creșterii produsului reacției de oxidare a metalului de bază, se realizează, fie prin dizolvarea în și diluarea metalului transportat prin sistem, aflat în exces, sau prin formarea unor produse solide de reacție ( compuși intermetalici), care obstrucționează procesul de transport al metalului de bază. O barieră de acest tip, poate să fie un metal sau un aliaj metalic, incluzând orice precursor adecvat al acestuia, cum este un oxid, un compus metalic reductibil sau un material ceramic dens. Datorită procesului de inhibare sau de obstrucționare a creșterii produsului reacției de oxidare a metalului de bază, de acest tip de barieră, creșterea se poate extinde cu puțin peste limita barierei, înainte de obstrucționarea propriu zisă a creșterii. Desigur, materialele de barieră reduc volumul operațiilor de prelucrare sau șlefuire care ar putea să fie necesare (sau le elimină complet) pentru eliminarea produsului reacției de oxidare excedentar de pe produsul finit In cazul folosirii în sistem a metalului de bază a aluminiului sau a aliajelor acestuia și a aerului ca oxidant, materiale de barieră deosebit de utile sunt silicatul de calciu și fosfatul tricalcic. Aceste bariere, este de presupus că reacționează local cu produsul reacției de oxidare în dezvoltarea acestuia, pentru a forma un strat impenetrabil de aluminat de calciu, care stopează local creșterea în continuare a produsului reacției de oxidare a aluminiului/aliajului de aluminiu. Ase38 menea bariere se aplică de regulă sub forma unui șlam sau pastă pe suprafețele masei/preformei de umplutură. Elementul de barieră mai poate să includă un material combustibil sau volatil adecvat, care este eliminat prin încălzire, sau un material care se descompune prin încălzire, având ca efect creșterea porozității și a permeabilității elementului de barieră. în plus, elementul de barieră poate să includă un material refractar adecvat sub formă de particule, pentru reducerea posibilităților de contracție sau fisurare în timpul procesului. O asemenea substanță granulară, având practic același coeficient de dilatare ca și materialul de umplutură este foarte indicată. De exemplu, dacă materialul masei/preformei de umplutură este alumina și structura ceramică ce rezultă din proces este constituită din alumină, materialul de bariera poate să fie amestecat cu particule de alumină cu granulația de trecere prin sita cu 3,10 -155 ochiuri/cm . Particulele de alumină pot să fie amestecate cu sulfat de calciu într-un raport în greutate cuprins între 10:1 și 1:10 și de preferință de 1:1. într-o variantă posibilă, elementul de barieră include un amestec de sulfat de calciu și de ciment Portland. Cimentul Portland poate să fie amestecat cu sulfatul de calciu într-un raport în greutate de la 10:1 la 1:10 și de preferință de circa 1:3. La dorință, cimentul Portland poate să fie folosit și singur ca material de barieră.

Conform unei alte variante posibile de realizare, în cazul folosirii în cadrul procedeului, conform invenției, a aluminiului ca metal de bază și a aerului ca oxidant, se poate folosi ca material de barieră sulfatul de calciu amestecat în raport stoechiometric cu silice, dar poate șă existe și un exces de sulfat de calciu, în timpul procesului, sulfatul de calciu șisilicea reacționează, rezultând silicatul de calciu care este o barieră deosebit de eficiență, prin faptul că este lipsită de fisuri. într-o altă variantă, sulfatul de calciu se amesteca cu circa 25...40% în greutate carbonat de calciu. Prin încălzire, carbonatul de calciu se descompune, emițând dioxid de carbon și majorând astfel porozitatea elementului de barieră.

Alte bariere deosebit de utile în cazul sistemelor în care metalul de baza este aluminiul, includ materiale feroase (conteinere din oțel inoxidabil), oxizii de crom refractari, care pot să constitue un perete sau un conteiner suprapus patului de material de umplutură. O barieră suplimentară include materiale ceramice dense, sinterizate sau fuzibile, cum este alumina. Aceste bariere sunt de regulă impermeabile și de aceea sunt fabricate în mod corespunzător pentru a avea porozități sau să prezinte o secțiune deschisă (un capăt deschis). Bariera poate să formeze un produs friabil în condițiile de proces sau poate să fie eliminată prin abraziune, pentru recuperarea produsului finit ce se obține din proces.

Elementul de barieră poate să fie realizat de forma și profil predeterminat, trebuind de preferință să fie permeabil la oxidantul în fază de vapori, dacă în proces se folosește acest tip de oxidant. Elementul de barieră se poate aplica sau utiliza sub formă de film, de pastă, nămol, folie sau placă permeabilă sau impermeabilă, sau o pânză reticulară sau foraminiferă cum este un grătar sau o țesătură ceramică sau o combinație a acestora. Elementul de barieră poate la rândul său să cuprindă o anumită proporție de umplutură și/sau liant

Dimensiunea §i profilul elementului de barieră, este condiționată de profilul prestabilit al produsului cu matrice ceramică ce urmează să se obțină. De precizat că dacă elementul de barieră este plasat la o distanță predeterminată de metalul de bază, creșterea matricei ceramice va fi local terminată, în poziția în care întâlnește elementul de barieră respectiv. în general, profilul produsului cu matrice ceramică, este inversul profilului elementului de barieră. De exemplu, daca o barieră concavă este cel puțin distanțată parțial de metalul de bază, creșterea structurii policristaline se produce în spațiul volumetric definit de limita barierei concave și aria suprafeței metalului de bază. Creșterea produsului reacției de oxidare, se termină practic la elementul de barieră concav. După eliminarea barierei, rămâne un corp cu matrice ceramică, având cel puțin o porțiune convexă definită de concavitatea elementului de barieră. De notat că în ce privește o barieră având porozitate, s-ar putea produce o supracreștere de material policristalin prin interstiții, deși această supracreștere se limitează și se elimină când materialul de barieră este eficace.

într-un astfel de caz, după ce bariera este eliminată de pe corpul cu matrice ceramică, orice supracreștere policristalină, poate să fie eliminată prin șlefuire, sablare etc., pentru obținerea suprafețelor de calitate corespunzătoare. Cu titlu de ilustrare mai detaliată, un element de barieră distanțat de metalul de bază și având o protuberanță cilindrică, în direcția metalului de bază, va conduce la obținerea unui corp cu matrice ceramică având o gaură cilindrică replică inversă ca diametru și adâncime a protuberanței cilindrice menționate.

Pentru realizarea unei supracreșteri minime sau chiar inxistente a materialului policristalin, în formarea corpurilor compozite cu matrice ceramică, elementul de barieră poate să fie plasat pe sau în imediata vecinătate a limitei definite de suprafață, a oricărui pat/preformă de umplutură. Dispunerea elementului de barieră pe limita patului/preformei de umplutură, se poate realiza prin orice mijloc adecvat, cum este depunerea pe această limită de suprafață a elementului de barieră. Un astfel de strat de element de bariera poate să fie aplicat prin vopsire, cufundare, sitografiere, evaporare sau un alt mod uzual de aplicare în formă lichidă, de șlam sau pastă, prin pulverizarea unui material vaporizabil sau prin simpla depunere a unui strat de element de barieră sub formă de particule, a unei folii sau film solid subțire, de material de bariera pe limita definită de suprafața menționată. Prin depunerea materialului de barieră, creșterea produsului reacției de oxidare a metalului de bază, se termină 1a atingerea limitei definite a patului/preformei de umplutură și respectiv la contactarea elementului de barieră, aplicat pe aceasta.

Intr-o variantă de realizare preferată a corpurilor compozite cu matrice ceramică, o preformă profilată permeabilă (ce va fi descrisă mai jos în detaliu), se realizează având cel puțin o limită de suprafață definită, în contact cu sau suprapusă pe un element de barieră.

Termenul preformă, poate să includă un ansamblu de preforme separate legate în final într-un compozit integru. Preformă se plasează adiacent sau în contact cu una sau câteva suprafețe ale metalului de bază sau, respectiv cu o porțiune a metalului de bază, astfel încât cel puțin o porțiune a limitei de suprafață definită a preformei care este în contact cu sau suprapusă peste elementul de barieră să fie poziționată la o distanță anumită sau în afara metalului de bază, iar formarea produsului reacției de oxidare a metalului de bază, va avea loc în preformă și într-o direcție orientată spre limita de suprafață definită de elementul de barieră. De altfel, elementul de barieră, preformă permeabilă și metalul de bază formează un ansamblu prin încălzirea căruia (în cuptor) metalul de bază și preformă sunt expuse sau, de exemplu, înconjurate de un oxidant în fază de vapori, care poate să fie utilizat în asociere cu un oxidant lichid sau solid. Metalul de bază și oxidantul reacționează și procesul de reacție se continuă până când produsul reacție s-a dezvoltat §i a înglobat preformă venind în contact cu limita de suprafață definită care este în contact cu sau suprapusa peste elementul de barieră. Mai specific, limitele preformei și ale matricei ceramice coincid, dar constituenții individuali la suprafața preformei pot fi expuși sau nu pot să fie înglobați de matricea ceramică policristalină și ca urmare înglobarea preformei de matricea ceramică, poate să fie incompletă. După cum s-a specificat și mai înainte, elementul de barieră poate să prevină, să oprească, sau să termine creșterea produsului reacției de oxidare, prin contact cu elementul de barieră și practic nu se produc supracreșteri. Produsul compozit cu matrice ceramică rezultat, include o preformă înglobată până la limitele sale de matricea ceramică cuprinzând material policristalin constând în esență din produsul reacției de oxidare a metalului de bază cu oxidantul și eventual unul sau mai mulți constituenți metalici, cum sunt constituenții neoxidați ai metalului de bază sau constituenți proveniți din reducerea unui oxidant

Deși uneori ar fi necesar ca atunci când se utilizează în timpul procesului un oxidant în fază de vapori, acoperirea oricărei spuprafețe expuse a băii de metal topit cu un material care previne, sau inhibă reacția între atmosfera oxidantă și metalul de bază topit, există anumite condiții ce permit ca în varianta de realizare a procedeului prin flotare, baia de metal topit să nu fie acoperită. în mod specific, masa/preforma de umplutură poate să cuprindă cel puțin un material care este necesar pentru creșterea produsului reacției de oxidare în fază de vapori și metalul de bază în stare topită. Ca urmare, produsul reacției de oxidare nu se va forma pe suprafața băii de metal topit, care nu este în contact cu masa/preforma de material de umplutură și ca urmare, nu mai este necesar material de acoperire pe suprafețele expuse ale băii de metal topit

Ca alternativă, masa/preforma de umplutură poate sa interacționeze fizic cu baia de metal topit, pentru a permite formarea unui produs al reacției de oxidare a metalului de baza topit cu oxidantul în fază de vapori, care crește în și înglobează masa/preforma de umplutură. în mod specific, particulele conținute în materialul masei/preformei de umplutură ar putea să asigure o suprafață umectabilă, care să permită metalului de bază topit să înlăture orice strat natural de protecție care ar putea sa existe pe suprafața băii de metal de bază topit După ce metalul de bază topit scapă de stratul natural de protecție, el poate să reacționeze cu oxidantul în fază de vapori pentru a forma produsul reacției de oxidare în materialul masei/preformei de umplutură.în plus, în aceste condiții, acest corp format din produsul reacției menționate, nu se va forma pe suprafața băii de metal de bază topit, expuse îa oxidant în fază de vapori, datorită faptului că stratul natural protector existent pe suprafața băii de metal de bază topit, previne orice interacțiune a acestuia cu oxidantul în fază de vapori. Datorită acestui fapt, nu este necesară acoperirea suprafețeîor expuse ale băii de metal de bază topit, cu un material care sa prevină sau să inhibe reacția dintre atmosferă și metalul de bază topit Ca urmare. în anumite situații este posibilă selectarea unei combinații material de umplutură metal de bază - dopanți - oxidant și temperatura de reacție care va permite unui produs al reacției de oxidare a metalului de bază cu oxidantul în fază de vapori să crească și să înglobeze o masă/preformă de umplutură care flotează pe suprafața băii de metal de bază topit fără să fie necesară acoperirea suprafeței expuse a băii de metal topit cu un material care să prevină sau să inhibe reacția între oxidantul în faza de vapori și respectiva baie de metal de bază topit

Se prezintă, în continuare, două exemple de realizare a invenției.

Exemplul 1. Se ilustrează modul de aplicare în cicluri distincte a procedeului, conform invenției, în varianta prin flota fie”

a). Se prepară 30 preforme procedând după cum urmează:

- Se realizează un amestec cuprinzând

95% în greutate Alean C-73 nemăcinat, care este o alumină cu diametrul mediu al particulei de 2,9 mm și 5% în greutate silice fin măcinată.

b) . Amestecul solid descris la punctul

a) de mai sus se amestecă la rândul său cu o soluție de aproximativ 16% ELVANOL^' 75-15 alcool polivinilic în apă pentru a forma un nou amestec în care procentul de solide din soluția de alcool polivinilic este de circa 2% în greutate fața de totalul de solide.

c) . Amestecul realizat în condțiile de la punctul b) se usucă apoi Ia un nivel de umiditate de circa 1-2% în greutate.

d) . După uscare, amestecul este sitat printr-o sită cu 3,10 ochiuri/cm , pentru obținerea unui amestec cuprinzând particule cu un diametru de circa 840 μτα și mai mici.

e) . Amestecul sitat este presat cu presiunea de 703 kg/cm , în inele de aproximativ 10 mm înălțime (măsurată de la partea superioară spre fund) și un diametru exterior de 42 mm și o grosime de 5,8 mm, măsurată de la peretele diametrului interior la peretele diametrului exterior.

f) . După presare, preformele se plasează pe o placă refractară încălzită în aer timp de 24 h, la o temperatură de circa 1250°C, după care se răcește la temperatura camerei.

g) . După atingerea temperaturii camerei, preformele se acoperă manual cu un amestec de material de barieră, cuprinzând circa 50% în greutate un amestec constituit din circa 30% în greutate silice fin măcinată marca MIN-U-SILA^R' și circa 70% în greutate sulfat de calciu marca BONDEX, și respectiv 50% apă.

h) . Preformele se acoperă cu materialul de barieră descris la punctul g) pe diametrul exterior, cel interior și pe o față, rămânând neacoperită numai o față.

i) . Se amestecă apoi aproximativ 10 g siliciu metalic 99,9% puritate, cu granulația de 45 pm și mai mică, cu 25 g apă, pentru a forma un șlam ce se aplică prin vopsire pe față neacoperită cu material de barieră a preformei.

j) . După ce acoperirile s-au uscat, preformele se cântăresc și s- a observai că greutatea materialului dc barieră este de aproximativ 0,5-1,5 g/preformă, iar greutatea acoperirii cu siliciu este de aproximativ 0.03-0,07 g/preformă.

k) . Prcl'ormele acoperite se încălzesc apoi la o temperatură dc aproximativ 900°C și se plasează direct pe suprafața unei băi dc aliaj de aluminiu topit (menținută la aproximativ 900°C).

l) . /Xliajul de aluminiu menționat la punctul k) este aliajul marca 380.1, conținând în greutate 8-8,5% Si, 2-3% Zn și 0,1% Mg ca dopant activ, 3,5% Cu. I’e. Mn și Ni, conținutul dc Mg fiind uneori mai mare, adică 0.17-0,18%.

m) . Suprafața preformei care a fost în contact cu baia de aliaj de aluminiu topit, este suprafața acoperită cu siliciu.

n) . Chiar înainte de plasarea preformelor pe suprafața băii de aliaj de alumini u topit, suprafața băii se curăță mecanic, pentru a elimina orice strat de pojghiță, de oxid de aluminiu, care se poate forma.

o) . După cc toate cele 30 de preforme se plasează pe suprafața băii de aluminiu topit, se cerne un strat cu o grosime de aproximativ 13 pm de NYAD' cu granulațiade 45/zm - pulbere de Wolastonit - pe toate suprafețele băii de aliaj de aluminiu topit, expuse contactului cu atmosfera oxidantă, pentru a se preveni orice creștere a produsului reacției de oxidare, din aceste suprafețe expuse. Pulberea de Wollastonit acoperă, de asemenea, suprafețele expuse ale preformelor.

p) . Aria suprafeței băii de aliaj de aluițținiu topit este de aproximativ 58064 mm .

q) . Pe măsură ce fiecare preformă a fost complet înglobată prin creșterea produsului reacției de oxidare a aliajului de aluminiu topit cu aerul, acestea se elimină de pe suprafața băii de aliaj de aluminiu topit și se plasează direct pe un pat de nisip la temperatura ambiantă, înainte de evacuarea preformelor înglobate, se elimină excesul de metal de bază topit din fiecare preformă prin scuturarea lor deasupra băii. Prima preformă a fost evacuată după circa 16 h din momentul plasării pe suprafața băii de aliaj de aluminiu topit, iar ultima după 24 h.

După înlăturarea materialului de barieră și a carcasei de aliaj de aluminiu, dacă există, corpurile corn pozite rezultate se supun unei inspecții vizuale. Se observă că supracreșterea produsului reacției de oxidare este minimă, sau chiar nu există, și că dimensiunile corpurilor compozite cu matrice' ceramica rezultate, corespund dimensiunilor preformelor originale. Dc asemenea, se poate constata că produsul reacției de oxidare a aliajului de aluminiu descris, a înglobat rapid preformele.

Exemplul 2. Se ilustrează procedeul prin flotație, în varianta semicontinuă

Se realizează două conteinere cu dimensiunile de 254 x 305 x 152 mm. Unul dintre conteinere se confecționează din produsul refractar plastic marca 90 RAM' ', iar celălalt conteiner din alumină refractară turnabilă, marca CAS1OLAS P^)AI.. Ambele conteinere se ard înaintea utilizării lor în proces. După ardere, conteinerele se introduc în cuptor, și se plasează în ele lingouri din aliaj de aluminiu marca 380.1, cu următoarea compoziție: 8-8,5% Si, 2-3% Zn, 0,11% Mg, dopant activ și 3,5% Cu, cât și Fe, Mn și Ni. Acest aliaj se topește la circa 700°C, pentru a se realiza în fiecare conteiner baia de metal de bază topit Conținutul în magneziu al aliajului de aluminiu 380.1, sus menționat, este mai mare decât cel stabilit în compoziția nominală precizată mai sus, el putând să ajungă în domeniul de circa 0,17-0,18%, în greutate.

Primul set de preforme, care urmează să fie plasate pentru plutire pe suprafața băii de aliaj de aluminiu topit, consta din preforme circulare, confecționate din carbură de siliciu marca CRYSTOLON' ', cu granulația de trecere prin sita cu 6,05-

77,5 ochiuri/cm², amestecată cu 2-4% liant, un clei pe bază de acetat de polivinil, marca ELMER’S Profesional Carpenter, având dimensiunile de aproximativ 25 mm înălțime și 51 mm în diametru, înainte de amestecare cu liant, o masă de carbură de siliciu se pre-arde în aer la aproximativ 1330°C, pentru a permite formarea a circa 15-25% în greutate silice, în masa de particule de carbură de siliciu. Preformele se prelucrează, astfel încât la fundul lor diametrul să fie dc circa 51 mm. iar la partea superioară de 45 mm. In plus, preformele suni prevăzute pe suprafețele superioare cu o adâncitură cilindrică, cu o adâncime de circa 13 mm și cu diametrul de 25 mm. Trei din aceste preforme (fiecare având inițial temperatura camerei) se plasează pentru plutire pe suprafața băilor de aliaj de aluminiu topit, conținut în fiecare conteiner. Temperatura cuptorului în momentul inițial de plutire, este de aproximativ 700°C. La această temperatură, suprafețele expuse băii de aliaj de aluminiu topit cât și ale preformelor, se acoperă cu un strat de 13 mm de wollastonit, fin divizat (descris în exemplul 1). Temperatura cuptorului se ridică apoi de la circa 700°C la circa 900°C în timp de circa două ore. Atmosfera din cuptor constă din aer circulant

Preformele sunt menținute în contact cu aliajul de aluminiu topit la 700°C, timp de circa 12 h, după care ele sunt scoase de pe suprafața băii de aliaj de aluminiu topit Toate cele șase preforme sunt complet înglobate de produsul reacției de oxidare a aluminiului topit cu aerul.

Conteinerele conținând aliajul de aluminiu topit se mențin la circa 700°C, în timp ce materialul de barieră - wollastonitul, și orice strat de oxid care s-ar putea forma în timpul procesului din ciclul anterior se prelucrează mecanic și se elimină. în continuare, o preformă inițială la temperatura camerei este constituită din aceleași granule de carbură de siliciu prearse, descrise mai sus, preamestecate cu 4% în greutate clei ELMER’S Profesional Carpenter’s și având dimensiunile aproximative 152 mm diametrul exterior, 114 mm diametrul inte48 rior și 13 mm înălțime, se plasează pe suprafața fiecărei băi din aliaj de aluminiu topit în plus, o preformă, având inițial temperatura camerei, constituită din carbură de siliciu prearsă amestecată cu circa 2% clei ELMERS Profesional Carpenter’s, cu dimensiunile aproximative de 51 x 51 x 51 mm, se plasează, de asemenea, pe suprafața fiecărei băi de aliaj de aluminiu topit. înainte de plasarea preformelor pe suprafețele băilor de aliaj de aluminiu, suprafața fiecărei preforme care urmează să fie în contact cu aliajul de aluminiu topit, se acoperă cu un șlam dopant de siliciu, similar celui descris în exemplul 1. Temperatura cuptorului în momentul plasării preformelor este de aproximativ 700°C. I .a această temperatură. regiunile expuse ale suprafețelor băilor de aliaj de aluminiu cât și ale preformelor, se acoperă cu un strat de 13 mm de wollastonit fin divizat. Temperatura se ridică de la circa 700°C la circa 980°C, în timp de circa 2 h, se menține la acest nivel timp de 200 h, după care se răcește la 700°C în timp de circa 2 h. Preformele sunt în continuare scoase de pe suprafața băilor de aliaj de aluminiu și supuse inspecției vizuale. Inelele cu diametrele de 152 mm, descrise mai sus, au fost complet înglobate de produsul de reacție a aluminiului topit cu aerul. Preformele din carbură de siliciu, cu dimensiunile de 51x51x51 mm descrise mai sus, au fost, de asemenea, înglobate de produsul reacției de oxidare a aluminiului cu aerul atmosferic, cu excepția unui strat cu grosimea de circa 3,2 mm de la capătul superior al fiecărei preforme.

După al doilea ciclu al procesului, (descris în paragraful precedent), băile din aliaj de aluminiu se completează parțial cu lingouri proaspete de aliaj de aluminiu, având aceeași compoziție ca și aliajul de aluminiu descris mai sus. Lingourile suplimentare se introduc în cuptor menținut la aproximativ 700°C. Se prevăd aproximativ 30 min pentru topirea aliajului de aluminiu, înainte ca wollastonitul rezidual și o altă pojghiță de oxid ce rămân la suprafața băii de aliaj de aluminiu topit, provenite dela cel de al doilea ciclu al procesului (descris anterior), să fie îndepărtate prin curățire mecanica. Imediat după curățire, o preformă de carbură de siliciu, având dimensiunile de aproximativ 114 x 165 x 25 mm (având aceeași compoziție cu preforma de 51 x 51 X 51 ®m din ciclul precedent) se plasează pentru plutire pe suprafața fiecărei băi de aliaj de aluminiu topit Fiecare preformă care urmează să vină în contact cu metalul de bază topit se acoperă cu un strat de șlam de siliciu, de tipul celui descris în exemplul 1. Atmosfera din cuptor este constituită din aer în circulație. Preformele, având inițial temperatura ambiantă, se introduc în baia de aluminiu topit cu temperatura de 700°C. La această temperatură se aplică prin cernere pe suprafețele băii de aliaj de aluminiu topit și ale preformelor, expuse contactului cu oxidantul, unstratde 13mm de wollastonit marca NYAIr ' cu granulația de 45 mm și mai mică. Temperatura cuptorului se ridică apoi de la circa 700®C la circa 980°C în decurs de două ore și se menține la acest nivel timp de circa 190 h, după care se reduce la 700°C în două ore. Preformele se evacuează de pe suprafețele băilor de aliaj de aluminiu topiL la circa 700°C și se supun inspecției vizuale. S-a constatat ca ambele preforme sunt complet înglobate de produsul reacției de oxidare a aliajului de aluminiu topit cu aerul.

Se realizează în continuare cicluri cu preforme mai mari având dimensiunile de 89 x 178 x 51 mm. în aceste cicluri se utilizează blocuri din spumă ceramica de carbură de silidu tip celulă deschisă marca DBSC (1,55 pori/cm^Z) și blocuri din spuma ceramica de alumină (92% alumină în greutate), tip celulă deschisă (1,55 pori/cmj, care se plasează sub preforme pentru a sprijini în timpul procesului de creștere a produsului reacției de oxidare. Aceste spume ceramice tip celulă deschisă, permit prefor50 melor să mențină contactul cu aliajul de aluminiu topit, și previn ca aceste preforme să se cufunde sub suprafața băilor de aliaj de aluminiu topit. Blocurile din spumă ceramică de tip celulă deschisă, sprijină cu succes preformele și permit ca acestea să fie complet înglobate de produsul reacției de oxidare a aliajului de aluminiu topit cu aerul atmosferic.

în cele ce urmează se recapitulează sintetic semnificațiile noțiunilor folosite în textul descrierii și în revendicări.

- Partea de aliaj se refera la acea parte (zonă) a compozitului cu matrice ceramică, ce corespunde zonei din corpul de material de umplutură, care inițial a fost în contact cu metalul de bază, înainte ca produsul reacției de oxidare al metalului de bază topit (aliajul respectiv) să înglobeze corpul din material de umplutură, pentru a forma compozitul cu matrice ceramică final.

- Aluminiu se referă la metalul nealiat, relativ pur, sau la mărcile de metal și aliaje având înglobate impurități și/sau constituenți de aliere, cum sunt fierul, siliciul, cuprul, magneziul, manganul, cromul, zincul etc. Un aliaj de aluminiu în accepțiunea acestei definiții, este un aliaj sau un compus intermetalic în care aluminiul este constituentul majoritar.

- Barieră sau element de barieră se referă la caice material, compus, element, compoziție etc, care în condițiile de proces, menține o oarecare integritate, nu este volatil (adică nu se volatilizează într-o asemenea măsura încât să nu mai poată funcționa ca barieră) și care de preferință este permeabil la un oxidant în faza de vapori, în timp ce este capabil să inhibe, să stopeze, să interfere, sau să prevină local creșterea continuă a produsului reacției de oxidare a metalului de bază.

- Carcasă sau carcasă din metal de bază se referă la orice corp inițial din metalul de bază, remanent, care nu s-a consumat în timpul formării corpului cu matrice ceramică sau corpului compozit cu matrice ceramica și în mod specific, care rămâne în contact cel puțin parțial cu corpul format Respectiva carcasă poate să includă, de regulă, unii constituenți oxidați ai metalului de bază și/sau un al doilea metal sau un metal străin.

Ceramic nu se limitează la un corp ceramic în sensul clasic, adică în sensul că el constă integral din materiale nemetalice sau anorganice, ci se referă la un corp predominant ceramic în ceea ce privește, fie compoziția, fie proprietățile dominante, deși corpul poate să conțină cantități minore sau apreciabile din unul sau mai mulți constituenți metalici (izolați și/sau interconectați în funcție de condițiile de proces folosite la formarea corpului) derivați din metalul de bază sau reduși din oxidant sau dopant, cel mai frecvent în domeniul de la î la 40%, în volume, sau chiar mai mult metal.

- Corp ceramic compozit sau compozit cu matrice ceramică se referă la orice matrice ceramică, ce înglobează un material de umplutură.

- Dopanți se refera la materiale (constituenți de aliere sau constituenți combinați cu și/sau incluși sau aplicați pe materialul de umplutură), care utilizați în combinație cu metalul de baza influențează favorabil sau promovează procesul reacției de oxidare și/sau modifică procesul de creștere pentru a influența microstructura și/sau proprietățile produsului. Anumiți dopanți pot să fie utili în promovarea formării produsului reacției de oxidare, în cazurile în care între metalul de bază și produsul reacției sale de oxidare, nu există în mod intrinsec o relație de energie superficială adecvată pentru a promova o asemenea formare. Dopanții pot să:

1) . creeze o relație de energie superficiala favorabila care să stimuleze sau să inducă umectarea produsului reacției de oxidare de către metalul de bază în stare topită;

2) . formeze un strat precursor la suprafața de creștere prin reacția cu aliajul, oxidantul și/sau umplutura care, (a) minimalizează formarea unui strat sau unor straturi de produs ale reacției de oxidare ce este protecție, (b) poate să stimuleze solubilitatea oxidantului în metalul de bază topit și/sau, (c) permite transportul oxidantului din atmosfera oxidantă prin orice strat de oxid precursor, pentru a se combina ulterior cu metalul de bază topit și forma încă un produs al reacției de oxidare;

3) . determine modificări microstructurale ale produsului reacției de oxidare pe măsura formării acestuia sau ulterior să modifice compoziția și proprietățile constituentului metalic al unui astfel de produs al reacției de oxidare și/sau;

4) . stimuleze nucleerea de creștere și uniformitatea creșterii produsului reacției de oxidare.

- Umplutura se referă la constituenți singulari sau amestecuri de constituenți nereactivi și/sau cu solubilitate limitată în metalul de bază topit și/sau în produsul reacției de oxidare. Umpluturile se pot prezenta într-o mare varietate de forme cum sunt pulberile, fulgii, plăcuțele, microsfere, peri, bule etc, și pot să aibă o constituție densă sau poroasă. Umplutura poate să fie constituită din materiale ceramice cum sunt alumina sau carbura de siliciu sub formă de fibre, fibre îndoite, particule, peri, bule, sfere, bucăți de pânză precum și materiale cu acoperiri ceramice, cum sunt fibrele de carbon acoperite cu alumină sau carbura de siliciu, pentru protejarea carbonului de atacul metalului de bază topit, de exemplu, a aluminiului. Umpluturile pot să includă și metale.

- Aliaj de creștere este un aliaj care, conține inițial sau la un moment dat al procesului, o cantitate suficientă de constituenți necesari, având ca rezultat creșterea din el a produsului reacției de oxidare.

- Oxidant în fază lichidă sau oxidant lichid se referă la un oxidant care în fază lichidă este singurul oxidant, oxidantul predominant sau oxidantul semnificativ al metalului de bază sau este un precursor în condițiile de proces. Oxi109189 dantul lichid, trebuie să fie lichid în condițiile de reacție. Astfel, un oxidant lichid poate să aibă un precursor solid, cum esle o sare care se topește în condițiile reacției de oxidare. Ca alternalivă, oxidantul lichid poate să aibă un precursor lichid (de exemplu o soluție a unui material), care se utilizează pentru a impregna umplutura total sau parțial, și care se topește sau se descompune în condițiile de proces, pentru a furniza o parte oxidantă adecvată. Exemple de oxidanți lichizi, sunt sticlele cu punct de topire scăzut Dacă se folosește un oxidant lichid în combinație cu metalul de bază și o umplutură, de regulă întregul pat de umplutură, sau acea porțiune care cuprinde corpul compozit cu matrice ceramică, este impregnat cu oxidant (de exemplu, prin acoperire cu cufundare în oxidant).

- Oxidant-gaz cu conținut de azot se referă la un anumit gaz sau la anumiți vapori în care azotul este singurul oxidant, oxidantul predominant sau oxidantul semnificativ al metalului de bază sau un precursor, în condițiile de mediu oxidant utilizate.

- Oxidant se referă la unul sau la câțiva acceptori de electroni sau la cel care împarte electroni cu o altă substanță și care poate să fie un solid, un lichid sau un gaz, sau o anumită combinație a acestora (de exemplu, un solid și un gaz) în condițiile reacției de oxidare. Oxidanții tipici includ oxigenul, azotul, un halogen, sulful, fosforul, arsenul, carbonul, borul, seleniul, telurul, și/sau compuși și combinații ale acestora, de exemplu, silicea și silicații (ca sursă de oxigen), metan, etan, propan, acetilenă, etilenă, propilenă, (hidrocarbură ca sursă de carbon) și amestecuri ca aerul, H2/ H2O și CO/CO2 (sursă de oxigen), ultimele două fiind utile în reducerea activității oxigenului din mediul ambiant

- Produs al reacției de oxidare se referă la unul sau mai multe metale în stare oxidată, în care metalul/metalele au cedat electroni sau au împărțit elec- troni cu un alt element compus sau combinații ale acestora. Ca urmare, un produs al reacției dc oxidare în această definiție, include produsul de reacție a unuia sau mai multor oxidanți.

- Oxidant-gaz cu conținut de oxigen se referă la o substanță sub formă de gaz sau de vapori, în care oxigenul este singurul oxidant, oxidantul prcdominanl sau cel puțin oxidantul semnificativ al metalului de bază, în condițiile existente în mediul ambiant utilizat

- Metal de bază se referă la acel metal/metale - Al, Si, Ti, Sn, Hf și/sau Zr, care este precursorul unui produs al reacției de oxidare policristalin, și includ respectivul metal/metale în formă practic pură, având impurități sau constituenți de aliere admiși sau un aliaj în care respectivul metal este constituentul majoritar. Atunci când un anumit metal este menționat ca metal de bază, de exemplu, aluminiul, respectivul metal trebuie interpretat conform acestei definiții, dacă în context nu se indică altfel.

- Metal diferit de metalul de bază, se face referirea la metalul care nu conține drept constituent primar același metal cu metalul de bază (de exemplu, dacă constituentul primar al metalului de bază este aluminiul, metalul diferit poate să aibă drept constituent primar, de exemplu, nichelul).

- Preformă sau preformă permeabilă se referă la o masă poroasă de umplutură sau material de umplutură, care este fabricat astfel încât să aibă cel puțin o suprafață limită definind în esență o graniță pentru produsul reacției de oxidare în creștere, o asemenea masă trebuind să rețină o integritate de formă și o rezistență în stare brută suficientă, pentru a asigura fidelitatea dimensională înainte de infiltrarea matricei ceramice în creștere. Această masă trebuie să fie, (1) suficient de poroasă pentru a permite oxidantului în fază de vapori să penetreze preformă și să contacteze metalul de bază topit și (2) suficient de permeabilă pentru a găzdui dezvoltarea

sau creșterea produsului reacției de oxidare. O preforma cuprinde de regulă o dispunere de material de umplutură lial, omogen sau helerogen de profil corespunzător, de exemplu, sub formă de particule ceramice, și/sau metalice, pulberi, fibre, peri, sau orice combinație a acestora. Preforma poate fi constituită dintr-un corp singular sau dintr-un ansamblu de corpuri.

- Umplutura reactivă se referă la o umplutură ce interacționează cu metalul de bază topit (de exemplu, este redusă dc metalul de bază și/sau de produsul reacției de oxidare, modificând astfel compoziția metalului de bază și/sau asigurând un oxidant pentru formarea produsului reacției de oxidare).

- Rezervor se referă la un corp separat de metal de bază, poziționat relativ față de masa de umplutură sau preformă, astfel încât atunci când metalul de bază se topește, să poată să curgă pentru a completa sau în unele cazuri pentru a asigura inițial și ulterior a reumple acea porțiune, segment sau sursă de metal de bază, care este în contact cu umplutura sau preforma, și care se infiltrează și/sau reacționează pentru a forma produsul reacției de oxidare.

- Metalul secundar sau străin se referă la un metal adecvat, combinație de metale, aliaje, compuși intermetalici sau sursele acestora, care se dorește să fie incorporate în componentul metalic al corpului cu matrice ceramică sau corpului compozit cu matrice ceramică, într-o zonă anumită, ca adaos la sau în combinație cu constituenții neoxidați ai metalului de bază. Această definiție include componenți intermetalici, aliaje, soluții solide sau altele asemănătoare constituite între metalul de bază și un al doilea metal.

- Oxidant în fază solidă sau oxidant solid se referă la un oxidant în care solidul identificat este singurul oxidant, oxidantul predominant sau cel puțin oxidantul semnificativ al metalului de bază, sau un precursor al respectivului oxidant, în condițiile de proces.

Claims

Revendicări

5 1. Procedeu de obținere a unui corp compozit ceramic cu matrice ceramică, prin aducerea în contact a unui metal de bază prestabilit cu o masă de umplutură ceramică permeabilă, prefasonată sau nu 10 într-o preformă. în prezența unui oxidant uzual și de preferință a aerului, la o temperatură superioară punctului de topire a metalului de bază menționat, dar inferioară temperaturii de topire a pro15 dusului reacției de oxidare ce se formează între metalul de bază în stare topită și oxidant, care se dezvoltă continuu și înglobează cel puțin o porțiune a masei/preformei de umplutură, încălzirea 20 ansamblului la temperatura menționată, pentru formarea produsului de reacție suplimentar, în contact cu, și care se extinde între metalul de bază topit și oxidant și continuarea reacției la tem25 peratura menționată, astfel încât metalul de bază topit să fie tras în mod progresiv prin produsul de reacție deja format spre oxidant și în interiorul masei/preformei de umplutură, pentru continuarea for30 mării produsului reacției de oxidare respectiv la interfața dintre oxidant și produsul reacției de oxidare format anterior, al cărui volum crește și înglobează volumul prestabilit al masei/pre35 formei de umplutură permeabilă, rezultând structura compozită cu matricea ceramică predeterminată, caracterizat prin aceea că, se asigură o baie (15, 43 și 50) a metalului de bază topit presta40 bilit, pe suprafața căreia se plasează una sau o pluralitate de mase/ preforme (19), de umplutură ceramică, permeabilă, asigurându-se contactul necesar formării structurii compozite în condițiile de pro45 ces prin flotare sau în care se imersează una sau o pluralitate de mase/preforme de umplutură (2 sau 47) și se asigură menținerea acestei imersări până la desăvârșirea formării structurii compozite,

50 procesul putându-se desfășura atât în >7 cazul flolării cât și imersării menționate, în flux discontinuu, semicontinuu sau continuu.
2. Procedeu, conform revendicării 1. caracterizat prin aceea că, se folosește în condițiile de proces o baie (15, 43 și 50) de metal de bază topit, ales între Si. Ti. Sn, Uf, Zr și de preferință de Al.
3. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că pe suprafața băii de metal topit (15) și pe suprafața superioară a preformei/pre formelor (19), care flotează pe aceasta, se aplică un strat de material uzual de barieră (17), care le protejează de contactul cu atmosfera oxidantă și marchează limita până la care se dezvoltă în condițiile de proces produsul reacției de oxidare.
4. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pe masele/preformele de umplutură (19) pot să fie prevăzute niște gulere de plutire (23), confecționate din materiale impermeabile de aceeași natură sau diferită față de umplutură, care suportă greutatea maselor/prefonnelor menționate și asigură menținerea acestora în poziție de flotare pe suprafața băii (15) de metal de bază topit, până la desăvârșirea procesului de formare a structurii compozite.
5. Procedeu, conform revendicărilor 1, 3 și 4, caracterizat prin aceea că gulerele de plutire (23) pot să fie confecționate din materiale de barieră.
6. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru desfășurarea procesului în flux semicontinuu, în varianta realizării contactului prin flotare, un număr prestabilit de mase/preforme de umplutură (19), se plasează pentru flotare pe suprafața băii de metal de bază topit (15) și după desăvârșirea procesului de formare a structurii compozite, respectivele mase/preforme de umplutură (19) sunt eliminate din sistem și ciclul se reia cu alte mase/preforme de umplutură (19), într-un număr de secvențe prestabilite.
7. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru desfășurarea procesului în flux continuu, în varianta realizării contactului prin flotare. se asigură mijloace uzuale pentru deplasarea preformelor (19), pe (sau deasupra) suprafața băii de metal de bază topit (15), de la un capăt la celălalt, în condiții și în secvențe care să asigure formarea treptată a structurii compozite în respectivele mase/preforme (19), în timpul parcursului băii de metal (15) și corelarea evacuării din sistem a maselor/preformelor (19) cu structură compozită, după încheierea procesului, pe măsura introducerii secvențiale în sistem a altora noi.
8. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în varianta asigurării contactului prin imersiune, o preformă (2) de structură și secțiune prestabilită, este fixată în cadrul unui ansamblu de sprijin (3) de tip uzual, care asigură imersiunea ei în baia de metal de bază topit (43) și menținerea ei în poziție imersată, în timpul desfășurării procesului de formare a structurii compozite.
9. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 8, caracterizat prin aceea că, pentru asigurarea alimentării oxidantului în fază de vapori și a contactului acestuia cu preforma (2), ansamblul de sprijin (3) este prevăzut cu un tub din oțel inoxidabil (1), menținut deasupra suprafeței băii de metal de bază topit (43), și care comunică cu interiorul preformei imersate (2).
10. Procedeu, conform revendicărilor 1, 8 și 9, caracterizat prin aceea că, se poate folosi în cadrul sistemului o preformă (2) de profil tronconic, închisă la ambele capete, izolată de mediul înconjurător și având o cavitate în care este alimentat oxidantul în fază de vapori prin tubul din oțel inoxidabil (1), al cărui capăt pătrunde în respectiva cavitate, astfel încât produsul reacției de oxidare se poate dezvolta din metalul de bază topit (43), spre suprafețele interioare (41) ale preformei (2).
11. Procedeu, conform revendicărilor

1, 8, 9 și 10, caracterizat prin aceea că. pentru asigurarea unei dispersii practic uniforme a oxidantului în fază de vapori, în cavitatea preformei (2), se poate prevedea o piesă ceramică reticulată. 5 care să se extindă în mai multe direcții și de preferință în toate direcțiile, de la tubul din oțel inoxidabil (1) spre suprafețele interioare (41), ale preformei (2). 10
12. Procedeu, conform revendicării

I. caracterizat prin aceea că, pentru desfășurarea procesului în flux semicontinuu, în varianta realizării contactu lui prin imersiune, după încheierea pro- 15 cesului de formare a structurii compozite în preforma (2), imersată în baia de metal de bază topit (43), cu ajutorul ansamblului de fixare (3), aceasta este extrasă din sistem și se reintroduce în 20 baia de metal de bază topit (43), în același mod, o nouă preformă (2), secvențele putând să continue până la epuizarea sau impurificarea băii de metal de bază topit (43) și practic întreruperea procesului dc formare a structurii compozite.
13. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru desfășurarea procesului în flux continuu, în varianta realizării contactului prin iinersare, o serie de mase/preforme de umplutură (47) sunt coborâte în, trase prin și ridicate dintr-o baie de metal de bază topit (50), respectivele mase/preforme (47), fiind atașate la niște elemente suport (48), atașate la rândul lor și posibilitate de culisare pe niște șine (49), prin deplasarea de la un capăt la celălalt al băii de metal topit (50), fiind asigurată formarea treptată a structurii compozite în masele/preformele (47) și evacuarea lor din sistem, fiind corelată cu introducerea secvențială a maselor/ preformelor de umplutură (47) noi.