RU1830055C - Способ получени фасонного керамического издели - Google Patents

Abstract

Назначение: изобретение относитс  к способам изготовлени  керамических изделий , Сущность изобретени : размещают исходный металл в газообразной, реакционной к металлу в услови х процесса среде, нагревают до температуры выше точки плавлени  металла и выдерживают при максимальной температуре до инфильтрации продукта взаимодействи  металла с газообразной средой. При этом предварительно готов т формообразующую модель из сгорающего или расплавл ющегос  в услови х процесса материала и на все ее поверхности, кроме базовой, нанос т барьерные газопроницаемые средства, преп тствующие инфильтрации. Базовую поверхность модели привод т в контакт с поверхностью металла, а выдержку провод т до заполнени  формовочной емкости продуктом инфильтрации. Предусмотрено перед нанесением барьерного средства наносить слой дисперсного инертного наполнител , например, или SiC. Металл выбирают из группы: Si, Ti, Sr, Sn, HF, легированный алюминий, в качестве газообразнойсредыиспользуют кислородсодержащий газ или воздух, температура процесса 850-1450°С. В качестве барьерного средства нанос т слой гипса или портландцемента или силиката кальци , или их смеси. В качестве материала формообразующей модели примен ют пористый полистирол или полиуретан или полиэтилен . Возможно нанесение наполнител  сосв зующим-каолином, оксидом кальци  или их смесью. 9 з.п. ф-лы, 6 ил. сл С

Description

Насто щее изобретение в целом относитс  к способам изготовлени  фасонных керамических материалов. В частности, изобретение относитс  к способам изготовлени  керамических материалов, состо щих из продукта реакции окислени  исходного металла и окислител , и имеющих заданную геометрическую форму за счет повторени  формы расплавл емой модели.

Известен способ изготовлени  керамического соединени , полученного путем пропитки инертного материала фильтра продуктом реакции окислени , при этом масса упом нутого фильтра располагаетс 

вблизи исходного металла, как это следует и из описани  реакции окислени .

Возможность выращивани  продукта реакции окислени , имеющего определенную форму или геометрию в отсутствие оправки , представл ет определенные трудности. В р ду случаев оказываетс  необходимым придать определенную форму материалу, полученному после реакции окислени . В насто щем изобретении представлен надежный способ выращивани  продукта реакции окислени  с заданной формой или геометрией.

00 Сл)

о о

СЛ СЛ

со

На фиг, 1 показано поперечное сечение твердой расплавл емой модели в контакте с исходным металлом, имеющей газопроницаемое покрытие из подход щего материала , нанесенное на формоопредел ющую поверхность; на фиг. 2 - разрез аналогичный фиг. 1, за исключением того, что показана расплавл ема  модель, открыта  на конце; на фиг. 3 - сечение, аналогичное фиг. 1, за исключением того, что приведена по- ла  расплавл ема  модель; на фиг. 4 - сечение , аналогичное фиг. 1, за исключением того, что показана расплавл ема  модель, состо ща  из нескольких кусков; на фиг. 5 - фотографит фасонного керамического мате- риала, полученного по примеру 1; на фиг. 6 - фотографи  поперечного сечени  керамического материала при 100-кратном увеличении , полученного по примеру 2, и иллюстрирующа  керамический композит, выполненный заодно с фасонной поверхностью керамической составл ющей.

В соответствии с насто щим изобретением беретс  исходный металл (который может быть легирован как подробно описано ниже) и расплавл ема  модель, формообразующа  поверхность которой расположена наружу от исходного металла. Обычно исходный металл сформован в виде слитка, заготовки, стержн  или подобного и распо- лагаетс  в инертной ванне, печи или другом контейнере с поверхностью, обращенной к атмосфере, пригодном дл  наблюдени  за расплавл емой моделью.

Расплавл ема  модель может быть из- готовлена из любого подход щего материа- ла, который пропадает при услови х протекани  процесса. Пропадение материала может происходить, например, путем ее испарени  или сгорани . Главным образом предпочтителен материал, который испар етс  или сгорает без золы или остатка, по- скольку такой остаток нежелателен, если он остаетс  в полости отливки после исчезновени  модели. Подход щие материалы мо- дели могут содержать, например, полистирол, полиуретан, полиэтилен или воск. Следует выбирать такой материал модели , который совместим с температурным диапазоном процесса, при этом парообраз- ный окислитель работает и с материалом покрыти  (рассмотренном ниже более подробно ), используемого в транспортных средствах. Кроме того, определенные материалы могут более легко чем другие подвер- гатьс  обработке.

Материал модели может иметь подход щую форму в расплавл емой модели, приданную любым подход щим устройством. Например, модели можно придать требуемую форму путем инжекционного формовани , жидкого формовани , экструзии, лить , машинной обработки и т.п. Инжекционное формование  вл етс  предпочтительной технологией при изготовлении большого количества моделей. В иных случа х предпочтительным  вл етс  жидкое формование, т.к. эта технологи  дает возможность получить полые расплавл емые модели. Жидкое формование может быть особенно предпочтительным, поскольку оно сводит к минимуму количество потребного дл  изготовлени  модели материала, что обеспечивает его более быстрое удаление ходе процесса получени  керамики. Модель может иметь пазы, каналы, выступы, площадки , утолщени , фланцы, выступы, резьбу, ь которых имеютс  втулки, диски, стержни и др. детали, что позвол ет придать модели требуемую форму. Модель может содержать также один или более соединительный элемент требуемой формы, за счет чего после сборки, стыковки и покрыти  собранна  модель работает как эквивалент модели из одного куска материала.

Газопроницаемое покрытие из подход щего материала, или материал покрыти  .наноситс  на формоопредел ющую поверхность расплавленной модели, образу  поверхность , котора  совпадает и повтор ет форму формоопредел ющей поверхности модели, благодар  чему расплавл ема  модель задает объем между исходным металлом и формоопредел ющей поверхностью. Материал покрыти  соответствует геометрии поверхности модели и образует удерживающую зону, благодар  чему при удалении расплавл емой модели материал покрыти  не сосредотачиваетс  в полости отливки, и будет сохран тьс  положительное отображение формоопредел ющей поверхности расплавл емой модели. Кроме этого, материал покрыти  достаточно проницаем дл  парообразного окислител , обеспечива  проход окислител  в полость отливки, благодар  чему облегчаетс  окисление наход щегос  в этой полости расплавленного металла.

Дл  обеспечени  целостности конструкции материал покрыти  имеет зону упрочнени , расположенную непосредственно вблизи формоопредел ющей поверхности расплавл емой модели. Зона упрочнени  одновременно дает возможность удерживатьс  материалу покрыти  и сохран ть геометриюформоопредел ющей поверхности модели. Зона упрочнени  может быть сформирована с добавлением св зующих составов, таких как окись кремни  или неорганические глины, подобные водным силикатам алюмини , которые станут окалиной при температуре протекани  процесса . Например, на формоопредел ющую поверхность расплавл емой модели может быть нанесен слой окиси кремни  с помощью подход щего кле  или св зующего вещества. После этого на слой окиси кремни  нанос т материал покрыти . При нагревании до температуры протекани  процесса окись кремни  становитс  клеющей или св зующей, благодар  чему в непосредственной близости от формообразующей поверхности образуетс  зона упрочнени . Кроме того, некоторые материалы покрыти  сами по себе образуют зону упрочнени  после того, как их примен ют в расплавл емых модел х. Например, в качестве материала покрыти  может использоватьс  модельный гипс, который в результате гидролиз образует зону упрочнени . Необходима  толщина зоны упрочнени  в значительной степени определ етс  рабочими параметрами процесса. Зона упрочнени  должна тем не менее быть достаточно прочной, чтобы удерживать вес матеиала покрыти  в ходе протекани  процесса. Следовательно , при описании зоны упрочнени  необходимо рассматривать такие факторы как размеры и геометри  расплавл емой модели, материал покрыти , врем  протекани  реакции, исходный металл, услови  реакции окислени  и др.

В одном из предпочтительных вариантов осуществлени  насто щего изобретени  материал покрыти  содержит материал перегородки, служащий дл  предотвращени  роста продукта реакции окислени  за совпадающую поверхность. За счет этого рост продукта реакции окислени  ограничен размерами полости отливки. Как олиса- но в указанном патенте, в качестве перегородки может использовать любой материал , соединение, элемент, состав и т.п., который при услови х процесса сохран ет некоторую целостность, не  вл етс  летучим и  вл етс  проницаемым дл  парообразного окислител , который вместе с тем способен в некоторых местах предотвращать , вмешиватьс , останавливать и т.п. продолжающийс  рост продукта реакции окислени . Подход щими материалами дл  применени  в качестве перегородок при работе с исходным металлом алюминием и окислителем в виде кислородосодержащего газа  вл ютс  сульфат кальци  (модельный гипс), силикат кальци , такой как Воласто- нит, портландский цемент и люба  комбинаци  этих составов. Более того, когда материал перегородки работает как материал покрыти , то может быть добавлено подход щее жаропрочное соединение дл  уменьшени  любых возможных разломов и растрескиваний, которые в противном случае могут возникнуть в ходе процесса нагревани  и не будет достигнута верхность копии. Как указано выше, многие их этих материалов перегородок  вл ютс  жесткими после гидролиза. В этом случае нет необходимости в получении раздельной зоны

0 упрочнени .

В другом предпочтительном вариаан- те цементирующий материал содержит наполнитель , который может быть пропитан прорастающим продуктом реакции окисле5 ни .

Наполнитель может включатаь частицы, нити, стержни и т.п. Обычно материал наполнител  содержит частицы, такие как окись алюмигни  или карбид кремни , пол0 учаемые согласно традиционной технологии изготовлени  керамики. Материал наполнител  имеет зону упрочнени , как это описано выше, и накладываетс  на формоопредел ющую поверхность расплавл е5 мой модели. Например, наполнитель из окиси алюмини  может быть перемешан с некоторым количеством окиси кремни , необходимым дл  формировани  зоны упрочнени  при температуре протекани 

0 процесса. Кроме этого, окись кремни  может быть непосредственно нанесена на формоопредел ющую поверхность расплавл емой модели и наполнитель из окиси алюмини  покрыт окисью кремни . В дан5 ном варианте осуществлени  изобретени  совпадающа  поверхность, полученна  путем нанесени  материала покрыти  на расплавл емую модель, не будет преп тствовать или предотвращать рост

0 продукта реакции окислени  за границы полоски отливки, как в случае использовани  перегородки, а фактически будет допускать рост продукта реакции окислени . В данном случае продукт реакции окислени  исходно5 го металла и параообразного окислител  за- полн ет полость отливки и затем пропитывает материал покрыти  на заданную глубину. Следовательно, продукт реакции окислени  будет расти за границы

0 полости отливки и внутрь материала покрыти . В результате формируетс  керамическа  структура, имеюща  фасонную поверхность, повтор ющую формоопредел ющую поверхность расплавл емой моде5 ли, и керамический композит, содержащий продукт реакции окислени , который заполн ет наполнитель, составл ющий единое целое с фасонной поверхностью.

Обычно частицы материала покрыти  распределены в в жущем веществе, растворителе или другой аналогичной жидкости дл  получени  подход щей пасты, желе или смеси, котора  может быть нанесена на модель и повтор ет формоопредел ющую поверхность . Верность, с которой керамическа  структура повтор ет формоопредел ющую поверхность расплавл емой модели, зависит, по крайней мере отчасти, от верности, с которой материал покрыти  поглощаетс  формоопредел ю- щей поверхностью модели, и единством зо- ны упрочнени , котора  служит дл  сохранени  этой верхности повторени . В целом, чем меньше частицы или композиционные составл ющие материала покрыти , тем выше вэрность повторени  формоопре- дел ющей поверхности. Аналогично, чем более жидкой  вл етс  используема  смесь материала покрыти , тем выше верность повторени . Материал покрыти  наноситс  на формообразующую поверхность расплавл емой модели в количестве, которое достаточно дл  образовани  жесткой структуры при удалении расплавл емой модели. Как рассмотрено выше, количество материала покрыти , наносимого на модель, может зависеть от р да таких факторов, как размеры модели, идентичность материала покрыти  материалу зоны упрочнени , услови  протекани  процесса и т.п.

Дл  облегчени  применени  и приспособлени  материала покрыти  к расплавл емому образцу материал покрыти  обычно используют вместе со св зующим веществом , таким как жидкость или растворитель, который будет улетучиватьс  или реагировать с материалом покрыти , или другим присутствующим материалом, с тем, чтобы получить на выходе требуемую композицию и необходимую зону упрочнени . Однако должно быть  сно, что при выборе конкретной основы или св зующего вещества, такого как растворитель, некоторые растворители не совместимы с конкретными примен емыми материалами модели. Например, некоторые органические растворители , подобные ацетону, неприменимы, когда они непосредственно контактируют с некоторыми органическими пенопластами, такими как пористый полистирол, и раствор ют или разрушают раствор емую модель, изготовленную из таких материалов. Следовательно , необходимо обращать внимание на то, чтобы комбинации или смеси, включа  материал покрыти , которые нанос тс  на расплавл емую модель, были бы совместимы с материалом этой модели.

В соответствии с насто щим изобретением расплавл ема  модель может быть твердой, полой или с открытым концом, при

условии, что формоопредел юща  поверхность может удерживать наносимый материал покрыти . Кроме этого, расплавл емый образец может содержать

более одного элемента или секции, которые собраны вместе дл  образовани  необходимой геометрической конструкции. Например , как показано на фиг. 1-4, где исходный металл 1, формоопредел юща  поверх0 ность 2 и материал покрыти  3 обозначены одинаковыми номерами, может быть получена керамическа  структура, имеюща  поверхность одинаковой формы, путем использовани  либо твердой расплавл е5 мой модели 4, показанной на фиг. 1, модели с открытым концом 5, показанной на фиг. 2, полой модели 6, показанной на фиг. 3, либо многоэлементной модели 7, показанной на фиг. 4, либо комбинации этих моделей. В

0 каждом случае материал покрыти , содержащий зону упрочнени , соответствует материалу формообразующей поверхности и имеет ту же самую конфигурацию.

В другом варианте осуществлени  на5 сто щего изобретени  слой материала наполнител  располагают между исходным металлом и расплавл емой моделью до на- чала нагревани . На стадии нагревани  расплавленный металл реагирует с

0 парообразным окислителем, рост продукт реакции окислени  происходит вначале внутрь и через материал наполнител  и далее - внутрь полости отливки, Материал покрыти  может содержать либо перегородку,

5 либо наполнитель, как рассмотрено ранее. Результирующий продукт содержит керамическую составл ющую, имеющую фасонную поверхность, повтор ющую формоопредел ющую поверхность расплавл емой моде0 ли, и имеющую керамический композит, расположенный напротив фасонной поверхности .

Хот  ниже опиасно изобретение ее ссылкой на алюминий как исходный металл.

5 другими исходными металлами, которые отвечают критери м насто щего изобретени , могут быть кремний, титан, олово, цирконий и гафний.

Как указано выше, исходный металал и

0 расплавл ема  модель берутс  такими, что формоопредел юща  поверхность модели располагаетс  снаружи исходного металла. Обычно материал покрыти  нанос т на расплавл емую модель до того, как будут р дом

5 расположены исходный металл и модель. Однако, материал покрыти  может быть наложен на модель и после совмещени  их положений. Например, модель можно расположить на поверхности исходного метал- ла, помещенного в жаропрочный сосуд, и

затем нанести на модель материал покрыти . Этот набор, содержащий сосуд и его содержимое, включа  расплавл емую модель , с нанесенным на нее материалом покрыти , помещают в печь, в которую подаетс  парообразный окислитель и которую нагревают до температуры выше точки плавлени  исходного металла, но ниже точки плавлени  продукта реакции окислени . Например, в случае использовани  алюмини  и воздуха в качестве парообразаного окислител  при получении продукта реакции окислени  в виде окиси алюмини , подход щий температурный диапазон лежит в интервале 850-1450°С и более предпочтительно 900-1350°С. Обычно в ходе этого процесса нагревани  материал расплавл емой модели сгорает или испар етс , в результате расплавл ема  модель исчезает и полость отливки опустошаетс , Должно быть пон тно, что полного освобождени  полости отливки не происходит. В р де случаев в полости могут оставатьс  один или более остатков или побочных продуктов, возникающих в результате сгорани  или испарени  модели. В большинстве случаев, однако, присутствие небольшого количества такого материала не ухудшает росту продукта реакции окислени  или верность воспроизведени  формы модели. Однако, желательно использовать материал, который не удал етс  в виде такого остатка в полости отливки после удалени  модели.

В данном рабочем диапазоне или интервале температур формируетс  структура или пул расплавленного металла и при контакте с окислителем расплавленный металл вступает в реакцию, образу  в таких, когда в качестве исходного металла примен ютс  сплавы определенных металлов, или когда примен ютс  определенные добавки, может формироватьс  соединение типа шпинель , например, шпинель алюмината магни  перед тем, как образуетс  продукт реакции окислени . Продолжа  выдерживать материл в окислительной атмосфере, расплавленный металл будет последовательно выт гиватьс  и проходить через ранее сформированный продукт реакции окислени  по направлению к окислителю в полость отливки по направлению к совпадающей поверхности, образованной материалом покрыти . При контакте с окислителем расплавленный металл вступает в реакцию, формиру  дополнительный продукт реакции окислени , увеличивающий свою толщину посредством последовательного заполнени  полости отливки. В предпочтительном варианте осуществлени  насто щего изобретени , когда материал

покрыти  содержит материал перегородки, реакци  расплавленного металла с окислителем продолжаетс  до тех пор, пока продукт реакции окислени  не заполнит

полость отливки и не вырастет до совпадающей поверхности материала покрыти , котора  ограничивает или предотращает дальнейший рост продукта реакции окислени . Когда материал покрыти  содержит на0 полнитель, продукт реакции окислени  продолжает расти в течение времени, достаточного дл  проникновени  в материал наполнител , окружающий полость отливки, на достаточную глубину.

5 Должно быть пон тно, что результирующий поликристаллический материал керамической составл ющей может иметь поры, которые могут частично или почти полностью заполнены металличе ской фазой, в

0 противном случае они присутствуют и распредел ютс  по продукту реакции окислени , а общий объем пор зависит в большей степени от таких факторов, как температура , врем , тип исходного металла и концен5 траци  присадок. Обычно в таких поликристаллических керамических структурах кристаллы продукта реакции окислени  соедин ютс  друг с другом более чем в одном измерении, предпочтительно в трех

0 измерени х, а металл может быть по крайней мере с частичными св з ми.

Хот  в конкретном варианте осуществлени  насто щего изобретени  могут быть использованы иные подход щие окислите5 ли кроме парообразного окислител , ниже рассматриваетс  применение парообразных окислителей. Поскольку используетс  газовый или паарообразный окислитель, па- рофазный окислитель, материал покрыти 

0  вл етс  проницаемым дл  парофазного окислител , за счет чего парообразный окислитель проходит через материал покрыти  и контактирует с расплавленным исходным металлом. Как указано в

5 вышеприведенном патенте, парофазный окислитель означает парообразный или обычно газообразный материал, который создает окисл ющую атмосферу. Например , кислород или смесь газов (включа  воз0 дух)  вл етс  предпочтительным парообразаным окислителем, равно как в случае, когда алюминий  вл етс  исходным металлом и окись алюмини  желаемым продуктом реакции, при этом воздух обычно

5 более предпочтителен из-за экономических соображений. Когда говоритс , что окислитель содержит или включает определенный газ или пар, это означает, что газ или пар  вл ютс  единственными или, по крайней мере, преобладающими окислител ми исходного металла при услови х, существующих в окислительной атмосфере. Например, хот  наибольшей составл ющей воздуха  вл етс  азот, кислород воздуха  вл етс  единственным окислителем исходного металла , поскольку кислород  вл етс  значительно более сильным окислителем, чем азот. Следовательно, воздух попадает под определение кислородсодержащий газовый окислитель, а не под определение азотсодержащий газовый окислитель. Примером азотсодержащего газового окислител , как он указан в данном описании и формуле изобретени ,  вл етс  формирующий -аз, который содержит 96% по объему азота и 4% по объему водорода.

Также могут использоватьс  вместе с парообразными и твердые и жидкие окислители в любом варианте осуществлени  на- сто щего изобретени , в котором примен етс  материал наполнител . Например , твердый окислитель может быть рассе н или перемешан в виде частиц с частицами материала наполнител . Например , твердый окислитель может быть рассе н или перемешан в виде частиц с частицами материала наполнител . В том случае , когда твердый окислитель должен быть перемешан с наполнителем, содержащим материал покрыти , твердый окислитель вначале перемешивают с материалом покрыти  и затем нанос т на расплавл емую модель. Когда наполнитель располагаетс  между исходным металлом и расплавл емой моделью, твердый окислитель может быть также перемешан с материалом наполнител  или рассе н в нем. В любом случае, когда продукт реакции окислени  пропитывает наполнитель материала покрыти , твердый окислитель может быть заменен на парообразный окислитель. Пригоден дл  работы любой подход щий твердый окислитель , содержащий такие элементы как бор или углерод, или восстанавливаемые соединени , такие как диоксид кремни  или неко- торые бориды более низкой термодинамической стабильности, чем бо- рид продукта реакции исходного металла. Например, при использовании бора или восстанавливаемого борида в качестве твердого окислител  исходного металла алюмини  результирующим продуктом реакции окислени   вл етс  борид алюмини . В некоторых случа х продукт реакции окислени  исходного металла твердым окислителем может образовыватьс  настолько быстро, что он будет стремитьс  испаритьс  вследствиме экзотермической природы реакции . Это  вление нарушает микроскопическую однородность результирующего керамического продукта реакции окислени . Эту быструю экзотермическую реакцию можно избежать или подавить путем выбора

5 определенного материала наполнител , который может поглощать тепло реакции, свод  к минимуму выход тепла из реакции. Примером такого подход щего инертного наполнител   вл етс  состав, который ана0 логичен продукту реакции окислени , возникающему между твердым окислителем и исходным металлом.

При использовании жидкого окислител  вместе с парообразным окислителем мате5 риал наполнител  или его часть погружают в него или обволакивают в окислителе, пропитыва  при этом наполнитель. Затем наполнитель используют, как указано выше. Ссылка на жидкий окислитель означает

0 окислитель, который  вл етс  жидким при услови х протекани  реакции. Жидкий окислитель может иметь твердую основу, такую как соль, котора  расплавл етс  при услови х протекани  реакции. В других слу5 ча х жидкий окислитель может иметь жидкую основу, например, раствор материала, который примен етс  дл  пропитки части или всего материала наполнител  и который расплавл етс  или разлагаетс  при услови0  х протекани  реакции, образу  при этои требуемую окисл ющую жидкость. Примерами таких жидких окислителей  вл ютс  стекла с низкой точкой плавлени .

Как упом нуто выше в патентах, добав5 ление к исходному металлу присадок может улучшить или ускорить протекание реакции окислени , Действие присадок определ етс  р дом факторов, не завис щих от самого материала присадок. Этими факторами, на0 пример,  вл ютс  конкретный состав исходного металла, требуемого конечного продукта, конкретна  комбинаци  присадок , когда используютс  две или более присадки , концентраци  присадок, услови 

5 протекани  реакции окислени  и услови; окисл ющей среды.

Присадка может быть использована как сплавна  добавка в исходный металл ил1 как внешн   поверхность исходного метал0 ла, предпочтительно растуща  поверхность в виде частиц или порошка. Когда примен етс  материал наполнител , который располагаетс  между исходным металлом v расплавл емой моделью, требуемые при5 садки могут быть нанесены на наполнитель или его часть, или перемешаны с ним. В том случае, когда добавка или добавки нанос т-. с  на наполнитель, может быть использована люба  подход ща  технологи , как-то рассеивание добавок по части или всем

материалу наполнител , или нанесение покрыти  в виде частиц, содержащих присадку , по крайней мере на часть наполнител  вблизи исходного металла. Присадка может быть нанесена на наполнитель в виде сло  одного или более материала в ванне, содержащей внутренние отверсти , перегородки, проходы, пространства дл  продува и пр., что обеспечивает ее проницаемость. Обычным способом применени  любого материала присадок  вл етс  хороша  пропитка наполнител , котора  выполн етс  в жидкой среде (например, в растворе материала присадки).

Введение присадки может быть обеспечено также путем расположени  жесткого куска материала присадки так, чтобы он контактировал и находилс  между по крайней мере частью расплавл емой модели и исходного металла. Например, тонкий слой окиси кремни , содержащий стекло (присадка при окислении исходного металла и помещенной на него расплавл емой модели ). В том случае, когда присадка лежит между исходным металлом и расплавл емой моделью на дне материала наполнител , если он используетс , то ниже сло  наполнител  вырастает поликристаллическа  оксидна  структура (т.е. глубже сло  присадки и в полости отливки). В других случа х на поверхность расплавл емой модели может быть нанесена одна или более ее добавка, котора  в противном случае должна контактировать с исходным металлом. Кроме этого, добавки, используемые с исходным металлом, могут быть усилены добавками , используемыми по указанной выше технологии. Следовательно, в случае недостаточной концентрации добавок в исходном металле, концентраци  добавок (добавки ) может быть увеличена указанными альтернативными способами, или наоборот.

Добавками, пригодными дл  работы с исходным металлом алюминием, особенно с воздухом в качестве окислител ,  вл ютс , например, магний или цинк особенно в комбинации с другими добавками, как описано ниже. Эти металлы, или подход щие их источники совместимы с исходным металлом на основе алюмини  при концентрации каждого примерно 0,1-10% по весу по отношению к общему весу полученного легированного металла. Концентраци  любой из указанных добавок определ етс  такими факторами, как комбинаци  материала добавки и температуры процесса. Концентраци  в пределах указанного интервала инициирует рост керамики, усиливает продвижение металла и сильно вли ет на морфологию роста результирующего продукта реакции окислени .

Другими присадками, которые стимулируют рост кристаллического продукта реакции окислени  на основе исходного металла алюмини  и с использованием воздуха в качестве окислител ,  вл ютс , например, кремний, германий, олово и свинец, особенно когда они используютс  в комбинации с

магнием или цинком. Одна или несколько таких добавок, или подход щих их источников внос тс  в исходный алюминий при концентрации каждой примерно 0,5-15% по весу от веса всего сплава, однако более же5 лательное улучшение кинетики и морфологии процесса роста достигаетс  при концентрации примерно 1-10% по весу от общего веса сплава. Свинец в качестве присадки вноситс  в исходный алюминий при

0 температуре по крайней мере 1000°С, за счет чего обеспечиваетс  его мала  растворимость в алюминии. Однако добавление других присадок, таких как олово увеличит растворимость свинца и позволит получить

5 сплав при более низкой температуре.

Другими примерами материалов присадок , пригодными дл  применени  с исходным металлом алюминием,  вл ютс  натрий, литий, кальций, бор, фосфор и итт0 рий, которые могут использоватьс  по отдельности или в комбинации с одной или несколькими другими присадками в зависимости от типа окислител  и условий протекани  процесса. Натрий и литий могут

5 использоватьс  в очень малых количествах в диапазоне несколько частей на миллион, обычно 100-200 частей на миллион, и по одиночке или вместе, или в комбинации с другими присадками (присадкой). Редкозе0 мельные элементы также могут использоватьс  в качестве присадок, особенно в комбинации с другими присадками, например , такие элементы как церий, лантан, празеодимий , неодимий и самарий.

5 Как указано выше, нет необходимости вплавл ть каждую из присадок в исходный металл. Например, путем выборочного использовани  одной или более присадок в тонком слое части или всей поверхности ис0 ходного металла или соответствующей поверхности расплавл емой модели можно локализовать рост керамики из исходного металла или его части и обеспечить рост поликристаллического керамического мате5 риала в полость. Следовательно, ростом по- ликристаллического керамического материала в полости можно отчасти управл ть путем локализации расположени  присадочного материала на поверхности расправл емой модели. Наносимый слой

присадки  вл етс  тонким относительно толщины сло  керамического композита и рост или формирование продукта реакции окислени  в полости отливки происходит под слой присадки, т.е. глубже нанесенного присадочного сло . Слой присадки может наноситьс  путем покраски, окунани , просеивани  через шелк, испарени , или может использоватьс  в жидкой или пастообразной форме, либо путем разбрызгивани , ли- бо просто путем нанесени  в виде частиц или твердых тонких листков или пленок на поверхность расплавл емой модели. Материал присадки может, но не об зательно, содержать какое-либо органическое или не- органическое св зующее, растворитель и/или загустители. Однако, как указано выше , некоторые растворители или наполнители могут быть несовместимы с исходным металлом. Более предпочтительно наносить материал присадки в виде порошка на поверхность расплавл емой модели с использованием кле  или св зующего вещества которые исчезают вместе с моделью в ходе процесса. Одним из предпочтительных спо- собов нанесени  присадки на расплавл емую модель  вл етс  использование жидкой суспензии присадки в смеси воды и органического св зующего, распыл емой на поверхность расплавл емой модели с тем, чтобы получить прочное покрытие, которое облегчает работу с расплавл емой моделью до начала процесса.

Материалы присадок, используемые снаружи, нанос т обычно по крайней мере на часть соответствующей поверхности расплавл емой модели или исходного металла в виде однородного сло  покрыти . Количество наносимого покрыти  измен етс  в широком интервале относительно количест- ва исходного металла, который подвергаетс  реакции, и с помощью экспериментов в случае алюмини  были найдены нижний и верхний пределы. Например, при использовании кремни  в виде двуокиси кремни , наносимой снаружи как присадка на исходный металл в виде алюмини  и магни  и использовании воздуха в качестве окислител , используетс  0,00003 г кремни  на грамм исходного металла, или примерно 0,0001 г кремни  на квадратный сантиметр поверхности исходногоо металла, на которую наноситс  присадка двуокиси кремни . Было также обнаружено, что может быть получена керамическа  структура из исход- ного металла в виде алюмини  и кремни  с использованием в качестве окислител  воздуха и с добавлением МдО в количестве, больше 0,0008 г Мд на грамм исходногоо металла, который подвергаетс  окислению,

и более примерно 0,003 г грамма Мд на квадратный сантиметр поверхности исходного металла, на которую наноситс  МдО.

Насто щее изобретение дает надежный способ получени  фасонных керамических структур, включающих продукт реакции окислени  расплавленного исходного металла и парообразный окислитель, путем копировани  формы расплавл емой модели. По насто щему изобретению могут быть получены керамические структуры в широком диапазоне геометрического строени  или формы, поскольку по существующей технологии могут быть получены самые разнообразные фасонные расплавл емые модели .

Ниже дл  иллюстрации приведены примеры осуществлени  насто щего изобретени , не ограничивающие объема прит заний.

Пример 1. Из пористого полистирола была изготовлена расплавл ема  модель, имеюща  размеры примерно 1 х 1 х 3/4 дюйма (1 дюйм 25,4 мм). Формоопредел - юща  поверхность модели представл ет собой квадратную поверхность 1 х 1 дюйм и четыре 1x3/4 дюйма пр моугольные повер- хности.

Материал покрыти  содержал 50 весовых процентов Волластонита (минерал си- лиата кальци  фирмы Нико инк.) и 5С весовых частей модельного гипса (фирма Бондекс энд бондекс инк.). Смесь волла- стонйта и модельного гипса перемешали с водой дл  облегчени  гидролиза модельного гипса с тем, чтобы получить зону упрочнени  вблизи формоопредел ющей поверхности модели. Эта смесь нанесена на верх и четыре боковых стороны расплавл емой модели слоем примерно 1/2 дюйма (12,7 мм), при этом нижн   часть модели осталась непокрытой. Это сделано Дл  получени  зоны упрочнени .

Блок сплава алюмини  (обозначенный как сплав 380,1 фирмы Белмот металз, имеющий обычно состав по весу 8-8,5% Si, 2-3% Zn и 0,1% Mg в качестве активной добавки и 3,5% Си, а также Fn, Mn и Ni, a содержание активного Мд иногда несколько выше, чем в интервале 0,17-0,18%), имеющий размеры 2x2x1/2 дюйма, был положен на свободно лежащие частицы волластонита так, что одна квадратна  поверхность в 2 дюйма оказалась свободной. Некоторое количество присадочного материала (ликот, LX-60 фирмы Акме резин ко., содержащий в основном окись кремни ), было рассе но по свободной поверхности исходного металла. Расплавл емую модель нанесенным покрытием разместили на

верху свободной поверхности исходного металла так, что непокрыта  поверхность полистиролового куба вошла бы в контакт с металлом. Модель и свободна  часть металла были покрыты волластонитом, за счет чего комбинаци  исходного металла и покрытой модели оказались обработаны волластонитом .

Полученную сборку поместили в печь с подачей воздуха и нагревали в течение 4ч до температуры 1100°С. Температура печи поддерживалась на 1100°С в течение 210 ч и затем печь охлаждали в течение 4 ч.

Сборку извлекли из печи и восстановили керамическую структуру. Материал по- крыти  удалили с помощью легкой пескоструйной обработки. На фиг. 5 показана полученна  керамическа  структура послеудалени излишка непрореагировавшего исходного металла. Измерени  показали высокую степень соответстви  полученной структуры расплавл емому образцу.

Пример 2. Керамическа  структура, повтор юща  фасонную расплавл емую мо- дель, была изготовлена так, как описано в примере 1. Однако, в данном примере материал покрыти  содержал наполнитель в виде окиси алюмини .

Материал покрыти , содержащий 30 ве- совых процентов наполнител  из окиси алюмини  (размер 325, окись алюмини  фирмы Алкоа) и 70% ликота (LX-60, содержащий в основном окись кремни  и служащий дл  получени  зоны упрочнени ), нанесен на формоопредел ющую поверхность расплавл емой модели слоем примерно 0,35 дюйма толщины. Смесь волластонита и модельного гипса по примеру 1 была использована дл  покрыти  окиси алюмини  слоем примерно 1/2 дюйма толщины. Эта смесь служит дл  предотвращени  роста продукта реакции окислени  за материал покрыти  наполнител .

Покрытую модель поместили на блок алюминиевого сплава (обозначенный 380.1), который был покрыт присадкой, как описано в примере 1, и покрытую модель и все еще свободные участки поверхности металла были окружены волластонитом за счет чего в целом комбинаци  исходного металла и покрыта  расплавл ема  модель оказались обработанными силикатом кальци , как и в примере 1.

Эту сборку поместили в печь с подачей воздуха и нагревали в течение 4 ч до температуры 1100°С. Температура печи поддерживалась на 1100°С в течение 120 ч, после чего следовало охлаждение в течение 4 ч.

Сборку извлекли из печи и восстановили керамическую структуру. Материал модельного гипса и волластонита удалили с помощью легкой пескоструйной обработки. На фиг. 6 показана микрофотографи  со 100-кратным увеличением, показывающа  керамическую структуру 1, выполненную вместе с керамическим композитным слоем 3,

Claims (10)

1.Способ получени  фасонного керамического издели , включающий размещение исходного металла в газообразной реакционной в услови х процесса по отношению к металлу среде, нагрев до температуры, превышающей точку плавлени  металла, но меньшей точки плавлени  продукта его взаимодействи  с газообразной средой, и выдержку до завершени  реакционной инфильтрации указанного продукта взаимодействи , отличающийс  тем, что предварительно из материала, сгорающего или расплавл ющегос  в услови х процесса , готов т формообразующую модель, форма которой соответствует форме будущего издели , нанос т на все поверхности, кроме базовой, барьерный слой, проницаемый дл  газообразной среды, привод т ее базовой поверхностью в контакт с поверхностью металла , а выдержку провод т до заполнени  формовочной емкости, образующейс  на месте модели, продуктом инфильтрации.

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что перед нанесением барьерного сло  по крайней мере на одну поверхность модели нанос т слой газопроницаемого дисперсного огнеупорного наполнител .

3.Способ по п. 2, отличающийс  тем, что огнеупорный наполнитель ввод т в барьерный слой.

4.Способ по пп. 1-3, отличающий- ,с   тем, что металл выбирают из группы: Si, Ti, Zr, Zn, Hf, легированный алюминий.

5.Способ по пп. 1-4, отличающий- с   тем, что в качестве газообразной среды используют кислородсодержащий газ или воздух, а нагрев ведут до 850-1450°С.

6.Способ по п. 2, отличающийс  тем. что газопроницаемый слой нанос т вместе со св зующим.

7.Способ по пп. 1-3, отличающий- с   тем, что в качестве барьерного нанос т слой гипса, или портландцемента, или силиката кальци , или их смеси.

8.Способ поп. 1, отличающийс  тем, что модель готов т из пористого полистирола , или полиуретана, или полиэтилена.

9.Способ по пп. 2 и 3, отличающийс  тем, что в качестве наполнител  используют или SiC.

пользуют оксид кальци , или каолин, или их

10. Способ по п. 6, отличающий- с„есь

с   тем, что в качестве св зующего ис

7/7////////

фиг

i -ftf, . -fj

///////

фиг.4

фие./

Фиг. 5

фиг. 6