DD279464A5

DD279464A5 - Verfahren zur herstellung einer selbsttragenen keramikstruktur und selbsttragende keramikstruktur

Info

Publication number: DD279464A5
Application number: DD87307003A
Authority: DD
Inventors: Ratnesh K Dwivedi; Christopher R Kennedy
Original assignee: ��@��@��K@��k��
Priority date: 1986-09-17
Filing date: 1987-09-16
Publication date: 1990-06-06
Also published as: DE3778466D1; FI874025A7; US4806508A; NO873795L; TR24654A; CS660687A3; EP0261062B1; JPS6389479A; IE59279B1; KR880003864A; AU594815B2; YU170887A; JP2551949B2; EP0261062A1; BR8704764A; IL83857A0; CA1307911C; NZ221746A; MX165271B; PL267685A1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Keramikstruktur, die (i) ein polykristallines Oxidationsreaktionsprodukt, das bei Oxidation eines geschmolzenen Ausgangsmetalls mit einem Oxidationsmittel gebildet wird, und (ii) vernetzte Porositaet umfassen, die von einer Oberflaeche oder von mehreren Oberflaechen der Keramikstruktur aus zumindest teilweise zugaenglich ist. In die Porositaet der Keramikstruktur wird ein zweites polykristallines Keramikmaterial eingebaut, um ihre Eigenschaften zu veraendern oder zu ihnen beizutragen. Fig. 3

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Modifizierung einer selbsttragenden Kerarnikstruktur, die eine miteinander verknüpfte Porosität besitzt, durch Einbauen eines zweiten polykristallinen Keramikmaterials in mindestens einen Teil der Porosität der ersten Keramikstruktur. Genauer betrachtet, bezieht sich diese Erfindung auf selbsttragende Keramikstrukturen, die als Oxidationsreaktionsprodukt eines Ausgangsmetalls gebildet werden und eine polycristalline Keramik haben, die zumindest einen Teil der ursprünglichen verketteten Porosität einnimmt. Die Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren zur Erzeugung derartiger Keramikstrukturen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Dar Hauptgegenstand dieser Anmeldung betrifft die gleichzeitig schwebenden und bestehenden US-Patentanmeldungen Nr.81S943, eingereicht am 15. Januar 1986, die eine Teilfortsetzung der US-Patentanmeldung Nr.776964 ist, eingereicht am 17. September 1985, die eine Teilfortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 705787 ist, eingereicht am 26. Februar 1985, die eine Teilfortsetzung der US-Patentanmeldung Nr.591392 ist, eingereicht am 16.März 1984, alle mit der Bezeichnung „Neuartige Keramikwerkstoffe und Verfahren für ihre Herstellung". Diese US-Patentanmeldungen iegen das Verfahren für die Erzeugung von selbsttragenden Keramikstrukturen dar, die als Oxidationsreaktionsprodukt eines Ausgangsmatallvorläufsrs gewachsen sind. Geschmolzenes Ausgangsmetall reagiert mit einem Dampfphasenoxidationsmittel, um ein Oxidationsprodukt zu bilden,

und das Metal! wandert durch das Oxidationsprodukt zum Oxidationsmittel, wodurch kontinuierlich eine polykristalline Keramikstruktur entsteht, die erzeugt werden kann und dabei eine verkettete metallische Komponente und/oder eine miteinander verknüpfte Porosität aufweist. Der Prozeß kann durch den Einsatz eines legierten Dotierungsmittels, wie zum Beispiel bei einem Aluminiumausgangsmetall, das in Luft oxidiert is:, verstärkt werden. Dieses Verfahren wurde durch den Einsatz äußerer Dotierungsmittel verbessert, die auf die Oberfläche des Vorläufermetalls aufgebracht werden, wie es in den bestehenden und gleichzeitig laufenden US-Patentanmeldungen Nr.822999, eingereicht am 27. Januar 1986, die eine Teilfortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 776965 ist, eingereicht am 17. Sept. 1985, die eine Teilfortsetzung der US-Patentanmeldung Nr.747788 ist, eingereicht am 2b. Juni 1985, die eine Fortsetzung der US-Patentanmeldung Nr.632636 ist, eingereicht am 20. Juli 1984, alle mit der Bezeichnung „Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden Keramikwerkstoffen", beschrieben wird.

Der Hauptgegenstand dieser Anmeldung betrifft auch den der gleichzeitig laufenden US-Patentanmeldung Nr.819397, eingereichtam 17. Januar 1936, die eine Teilfortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 697 876 ist, eingereicht am 4. Februar 1985, beide unter der Bezeichnung „Keramikverbunderzeugnisse und Verfahren für ihre Herstellung". Diese US-Patentanmeldungen legen ein neuartiges Verfahren dar für die Erzeugung von selbsttragenden Keramikverbundstoffen durch Wachsen eines Oxidationsreaktionsproduktes aus einem Ausgangsmetall in eine durchlässige Füllstoffmasse, wobei der Füllstoff mit einer Kerarnikmatrix durchtränkt wird.

Die komplette Darlegung aller vorangegangenen US-Patentanmeldungen ist hier durch Bezugnahme ausdrücklich mit aufgenommen worden.

Gemeinsam ist all diesen US-Patentanmeldungen, daß sie Realisierungsmöglichkeiten für eine Keramikstruktur darlegen, die ein Oxidationsreaktionsprodukt umfaßt und gelegentlich auch einen oder mehrere nichtoxidierte Bestandteile des Ausgangsmetallvorläufers oder Hohlräume oder beides. Das Oxidationsreaktionsprodukt kann eine vernetzte Porosität aufweisen, die die r-'ietallphase teilweise oder nahezu vollständig ersetzt. Die vernetzte Porosität hängt zum großen Teil von solchen Faktoren ab, wie beispielsweise der Temperatur, bei der das Oxidationr.reaktionsprodukt gebildet wird, der Länge der Zeit, über die man die Oxidationsreaktion laufen läßt, der Zusammensetzung des Ausgangsmetalls, der Anwesenheit von Dotiorungsstorfen, usw. Ein Teil der vernetzten Porosität ist von einer Außenfläche oder von Außenflächen der Keramikstruktur aus zugänglich, oder er wird durch eine Nachbehandlung, wie zu™ Beispiel durch spanende Bearbeitung, Schleifen, Brechen usw., zugänglich gemacht.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung neuer ksramischer K'.ramikstrukturen mit verbesserten Qualitätseigenschaften.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Keramikstruktur aufzuzeigen, die durch unterschiedliche keramische polykristalline Strukturen neue positive Eigenschaften gegenüber den bekannten aufweisen und verfahrensgemäß eine selbsttragende Keramikstruktur herzustellen.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Erzeugung einer selbsttragenden Keramikstruktur ausgerichtet, die eine zweite polykristalline Keramikkomponente enthält oder in die eine solche eingebaut ist. Diese zweite Keramikkomponente ist ausreichend, um die Eigenschaften der Keramikmasse, die sich ursprünglich gebildet hat, zu verändern, zu modifizieren oder um sie zu verstärken. In Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Keramikmasse durch die Oxidationsreaktion eines Ausgangsmetalls mit einem Oxidationsmittel gebildet, wie es zum Beispiel oben in Verbindung mit den vorgenannten Patentanmeldungen beschrieben wird. Die Keramikmasse wird so erzeugt, daß sie eine vernetzte Porosität hat, die in mindestens einem Teil der Keramikmasse in einer oder mehreren Dimensionen verteilt ist und die fernerhin mindestens teilweise offen oder zugänglich ist oder von mindestens einer äußeren Oberfläche der Masse aus zugänglich gemacht wird. Ein zweiter Keramikwerkstoff oder sein Vorläufer wird an der zugänglichen Oberfläche mit der Keramikmasse in Berührung gebracht, um in mindestens einen Teil der vernetzten Porosität einzudringen oder diesen z>· durchtränken, dem folgt ein anschließendes Erwärmen, Katalysierer oder etwas Ähnliches, wenn es erforderlich ist, wodurch eine Keramikmasse gebildet wird, die eine zweite Keramikkomponente enthält.

Die selbsttragende Keramikstruktur vorliegender Erfindung besteht aus einem polykristallinen Keramikprodukt, das (a) vernetzte Reaktionsproduktkristalü.e, die sich bei der Oxidation eines geschmolzenen Ausgangsmetalls mit einem Oxidationsmittel gebildet habon, und (b) eine vernetzte Porosität hat, die zumindest teilweise offen oder zugänglich ist oder von der Oberfläche oder den Oberflächen der Keramikstruktur aus zugänglich gemacht wird. Zumindest ein Teil der vernetzten Porosität enthält ein zweites polykristallines Keramikmaterial.

Die Begriffe sind nachfolgend, wie sie in dieser Spezifikation und den zugehörigen Ansprüchen verwendet werden, definiert: „Keramik" ist nicht in unangemessener Weise auf eine Keramikmasse im klassischen Sinn begrenzt, d. h. in dem Sinn, daß sie vollständig aus nichtmetallischen und anorganischen Stoffen besteht, sondern bezieht sich auf eine Masse, die vorherrschend keramisch .st, entweder was ihre Zusammensetzung oder ihre dominierenden Eigenschaften betrifft, obwohl die Masse kleine oder wesf ntliche Mengen eines oder mehrerer metallischer Bestandteile und/oder Porosität (verknüpft oder isoliert) enthält, die meist zwischen 1 und 40Vol.-% liegt, jedoch auch höher sein kann.

„Oxidationsreaktionsprodukt" bedeutet im allgemeinen ein odar mehrere Metalle im oxidierten Zustand, wo das Metall an ein anderes Element, eine Verbindung oder eine Kombination Elektronen abgegeben hat oder Elektronen mit einem anderen Element, einer Verbindung oder einer Kombination davon gemeinsam nutzt. Demzufolge beinhaltet ein „Oxidationsreaktionsprodunt" laut dieser Definition das Produkt der Reaktion eines oder mehrerer Mt-talle mit einem Oxidationsmittel, wie es zum Beispiel hier beschrieben wird.

„Oxidationsmittel" bedeutet einen oder mehrere geeignete Elektronenakzeptoren oder Elektronenteiler und kann bei den Prozeßbedingungen für Keramikwachstum ein Festkörper, eine Flüssigkeit oder ein Gas (Dampf) oder eine Kombination davon (z. B. ein Festkörper und ein Gas) sein.

„Ausgangsmetall" soll sich auf relativ reine Metalle, im Handel zur Verfügung stehende Metalle mit Verunreinigungen und/oder Legierungsbestandteilen sowie Legierungen und intermetallische Verbindungen der Metalle beziehen. Wenn ein spezielles Metall erwähnt wird, muß das identifizierte Metall im Zusammenhang mit dieser Definition gesehen werden, es sei denn durch den Zusammenhang wird etwas anderes angezeigt. Wenn zum Beispiel Aluminium das Ausgangsmetall ist, kann das Aluminium ein relativ reines Metall (z. B. im Handel zur Verfügung stehendes Aluminium mit einer Reinheit von 99,7%) oder Aluminium 1100 sein, das als nominelle Verunreinigungen ungefähr 1 Gew.-% Silizium plus Eisen aufweist, oder es können Aluminiumlegierungen sein, wie zum Beispiel 5052.

In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird eine selbsttragende Ke, amikstruktur mit vernetzter Porosität erzeugt. Die vernetzte Porosität ist zumindest teilweise offen oder von einer äußeren Oberfläche (oder Oberflächen) aus zugänglich, oder sie wird durch eine Nachbehandlung zugänglich gemacht.

Eine beträchtliche oder wesentliche Menge der vernetzten Porosität ist mit einem zweiten polykristallinen Material gefüllt, durchtränkt oder ähnliches, wobei das zweite polycristalline Material ein integraler Bestandteil der Keramikstruktu- wird, wodurch bestimmte Eigenschaften der erston Keramikmasse verändert, verbessert oder zu diesen beigetragen wird. Obwohl die Erfindung weiter unten unter Bezugnahme auf Aluminium als Ausgangsmetall beschrieben wird, sollte man sich darüber im klaren sein, daß auch andere Ausgangsmetalle, wie zum Beispiel Silizium, Titan, Zinn, Zirkonium und Hafnium, einsetzbar sind. Es wird eineselbsttragende, erste, polykristalline Keramikstruktur hergestellt, diezum Beispiel mit Hilfe der Verfahren von einem de^r oben aufgeführten US-Patentanmeldungen erzeugt wird. Demzufolge wird ein erstes Ausgangsmetall, ζ. Β. Aluminium, das dotiert sein kann (wie es weiter unten mehr im Detail erklärt wird), als Vorläufer für das erste Oxidationsreaktionsprodukt verwendet. Das Ausgangsrnetall wird geschmolzen und in der oxidierenden Umgebung auf eine Temperatur in einem geeigneten Temperaturbereich erwärmt. Bei dieser Temperatur odur in diesem Temperatürbereich reagiert das geschmolzene Ausgangsmetall mit einem Oxidationsmittel und bildet oin polykristailines Oxidationsreaktionsprodukt. Zumindest ein Teil des Oxidationsreaktionsproduktes wird in Kontakt mit und zwischen dem geschmolzenen Ausgangsmetall und dem Oxidationsmittel gehalten, um geschmolzenes Ausgangsmetall durch das Oxidationsreaktionsprodukt zu ziehen und in Berührung mit dem Oxidationsmittel zu bringen, so daß das Oxidationsreaktionsprodukt an dr; Grenzfläche zwischen dem Oxidationsmittel und zuvor gebildeten Oxidationsreaktionsprodukt weiterwächst. Die Reak>^: η läuft für einen Zeitraum weiter, der ausreicht, um die polykristalline Keramikstruktur zu bilden, die im wesentlichen das Oxidationsreaktionsprodukt umfaßt oder aus diesem besteht, und eine vernetzte Porosität und/oder einen vernetzten metallischen Bestandteil besitzt. Der vernetzte metallische Bestandteil, der weiter unten manchmal einfach als Metall oder Metallkomponente bezeichnet wird, umfaßt nichtoxidierte Bestandteile des Ausgangsmetalls und kann Dotierungsmittel oder andere metallische Einschlüsse beinhalten.

verbunden und in einem Teil des polykristallinen Materials oder im im wesentlichen gesamten polykristallinen Material dispergiert oder verteilt. Diese Porosität und das Metall, die sich an Ort und Stelle der Bildung des polykristallinen Oxidationsreaktionsproduktes gebildet haben, sind beide zumindest teilweise offen oder von mindestens einer Oberfläche aus zugänglich, wie zum Beispiel an den Oberflächen der Keramikstruktur, oder kann durch spanende Bearbeitung oder Brechen zugänglich gemacht werden. Ein Teil der Porosität und des Metalls kann als Inseln insoliert sein. Der prozentuale Volumenanteil der Porosität (vernetzt oder isoliert) und des metallischen Bestandteils (vernetzt oder isoliert) hängt zum großen Teil von solchen Bedingungen ab, wie zum Beispiel Temperatur, Zeit, Dotierungsmittel und Typ des ersten Ausgangsmetalls, das bei der Herstellung der Keramikstruktu eingesetzt wird.

In einer bevorzugten Realisieruiigsmöglichkeit der Erfindung wird im wesentlichen das gesamte vernetzte Metall entfernt oder sollte entfernt werden, um die selbsttragende Keramikstruktur herzustellen, die die vernetzte Porosität besitzt, die in einem Teil oder im im wesentlichen gesamten polykristallinen Material verteilt ist. Um das gesamte vernetzte Metall oder einen wesentlichen Teil davon zu entfernen, kann der Oxidationsreaktionsprozeß zum Abschluß gebracht werden: das heißt, wenn die Metallphase vollständig oder fast vollständig reagiert hat, um das Oxidationsreaktionsprodukt zu bilden, wird die vernetzte Metallkomponente aus der Keramikstruktur herausgezogen, wodurch an ihrem Platz die vernetzte Porosität zurückbleibt, und sie wird oxidiert, um an der Oberfläche (den Oberflächen) Keramik zu bilden.

Wenn der Prozeß zum Abschluß gebracht wird, besitzt das Oxidationsreaktionsprodukt einen höheren prozentualen Volumenanteil der Porosität, die zumindest teilweise vernetzt ist. Zum Beispiel kann eine Keramikstruktur, die aus Aluminium gebildet wird, das in Luft bei ungefähr 1125°C verarbeitet wird, ungefähr 20 bis ungefähr 30Vol.-% Metall und ungefähr 2 bis ungefähr 5Vol.-% Porosität enthalten, wenn das Wachstum gestoppt wird, bevor das gesamte erste Ausgangsmetall oxidiert ist; und wenn die Verarbeitung solange fortgesetzt wird, bis die Oxidation des gesamten ersten Ausgangsmetalls abgeschlossen ist, kann sie ungefähr 1 bis ungefähr 3VoI.-% metallische Bestandteile und ungefähr 25 bis ungefähr 30Voi.-% (oder mehr) Hohlräume oder Poren (Porosität) enthalten, wenn der Prozeß bis zum Abschluß durchgeführt wird. Ein zweites Verfahren oder Möglichkeit zum Entfernen des vernetzten Metalls sieht so aus, daß die Keramikstruktur auf ein reaktionsträges Bett gelegt wird, das sich in einem Tiegel oder einem anderen Behälter aus feuerfestem Material befindet. Der Behälter und sein Inhalt werden dann in einon Ofen mit einer Schutzgasatmosphäre (ζ. B. Argon oder ein beliebiges anderes reaktionsloses Gas) gestellt und auf Temperaturen erwärmt, wo der metallische Bestandteil einen hohen Dampfdruck besitzt. Diese Temperatur oder der bevorzugte Bereich können in Abhängigkeit von der Endzusammensetzung des metallischen Bestandteils in der keramischen Masse variieren. Bei der geeigneten Temperatur verdampft das vernetzte Metall aus der Keramikstruktur, aberwogen der Schutzgasatmosphäre bildet sich kein zusätzliches Oxidationsreaktionsprodukt. Durch Aufrechterhalten dieser Temperaturen verdampft das vernetzte Metall noch weiter und wird durch eine geeignete Entlüftung im Ofen aus dem Ofen wegbefördert.

Ein drittes Verfahren oder Möglichkeit zum Entfernen des vernetzten Metalls besteht darin, daß die Keramikstruktur in ein geeignetes Laugungsmittel getaucht wird, um das vernetzte Metall herauszulösen oder herauszudispergieren. Das Laugungsmittel kann eine sauere oder kaustische Flüssigkeit oder ein Gas sein, das von solchen Faktoren, wie zum Beispiel der Zusammensetzung von Metall, der Eintauchzeit, usw., abhängt. Bei Verwendung von Aluminium als Ausgangsmetalle und damit das Vorhandensein von Aluminium im vernetzten Metall hat sich HCI als geeignetes saures Medium erwiesen. Wenn die

Keramikmasse Silizium enthält, stellen NaOH- und/oder KOH-Lösungen akzeptable kaustische Medien dar. Die Eintauchzeit der Keramikmasse in das Laugungsmittel hängt von der Menge und vom Typ der Motollkomponente ab und davor·, wo sich das vernetzte Metall im Hinblick auf die Oberf läche(n) befindet. Je tiefer das vernetzte Metall in der Keramikmasse ist, umso langer dauert es, bh derartiges Metall herausgelaugt oder herausgeätzt ist, und umso langer muß die Keramikmasse im Laugungsmittel verbleiben. Dieser C*traktionsschritt kann durch Erwärmen des Laugungsmittels oder durch Rühren des Laugungsmittelbades erleichtert werden. Nachdem die Keramikstruktur aus dem Lougungsmittel herausgenommen worden ist, muß sie mit Wasser gewaschen werden, um restliches Laugungsmittel zu entfernen.

Wenn im wesentlichen das gesamte vernetzte Metall entfernt worden ist, wird eine selbsttragende erste Keramikstruktur erzeugt, die ein polykristallines Oxidationsreaktionsprodukt umfaßt, das sich bei Oxidation eines geschmolzenen Ausgangsmetallvorläufers mit einem Oxidationsmittel gebildet hat, und die eine /emetzte Porosität enthält, die vorzugsweise ungefähr 5 bis ungefähr 45VoI.-% der ersten Keramikstruktur ausmacht.

Ein zweites polykristallines Keramikmaterial wird in die Porosität eingebaut, um die Eigenschaften des Endproduktes zu verbesoern oder zu diesen beizutragen. Es kann eine Vielzahl von polykristallinen Keramikwerkstoffen in die Porosität eingebaut werden und dabei ein integraler Bestandteil werden, und sie schließt vorzugsweise einen Vorläufer für die Keramik ein. Zum Seispiel kann Chromoxid durch Tränken der Keramikmasse mit einer Lösung aus Chromsäure in die Porosität eingebaut werden. Die getränkte Masse wird auf eine ausreichende Temperatur erwärmt, um die Säure zu zersetzen und einen Rückstand oder eine Ablagerung aus Chromoxid zurückzulassen. Dieser Prozeßschritt wird normalerweise wiederholt, um eine ausreichende Chromoxidtiefe aufzubauen. Der Chromoxidgehalt kann zum Beispiel bei Verringern der Wärmeleitfähigkeit der Keramikmasse von Nutzen sein. Als ein weiteres brauchbares Beispiel kann Silizium in der Porosität der Keramikmasse aus einem Vorläufer, wie zum Beispiel Siliziumoxidgläsern mit niedrigem Schmelzpunkt, oder aus solchen Stoffen, wie beispielsweise Tetraäthylorthosilikat, eingebaut werden. Hier kann wieder eine Vielzahl von Eintauchvorgängen und Umwandlungen in eine Siliziumoxidablagerung erwünscht oder erforderlich sein, um eine ausreichende Menge zu erzielen. Der Siliziumoxidgehalt vermindert die Leitfähigkeit der Keramikmasse und könnte daher als Heizelement von Nutzen sein.

Wie oben erläutert wurde, wird die Keramikmasse aus einem geeigneten Ausgangsmetall mit Hilfe der Prozesse erzeugt, die in den gleichzeitig besessenen Patentanmeldungen dargelegt werden. Bei einer bevorzugten Realisierungsmöglichkeit dieser Verbindung wird ein Verbundstoff erzeugt, indem man eine Masse oder ein Bett aus durchlässigem Füllstoff verwendet, der in die Nähe oder in Kontakt mit einer Oberfläche des Ausgangsmetalls Gebracht wird, und der Prozeß geht weiter, bis die Oxidationsreaktion das Füllstoffbett bis zu seiner Grenze durchdrungen hat, die durch eine geeignete Barrieremöglichkeit definiert werden kann. Die Füllstoffmasse, die vorzugsweise als Vorformling geformt ist, ist ausreichend porös oder durchlässig, damit das Oxidationsmittel, wenn es sich um ein Dampfphasenoiiidationsmittel handelt, den Füllstoff durchdringen und das Ausgangsmetall berühren kann und um das Wachstum des Oxidationsreaktionsproduktes im Füllstoff zu bewirken. Der Füllstoff kann als Alternative das Oxidationsmittel enthalten oder umfassen. Der Füllstoff kann ein beliebiges geeignetes Material einschließen, wie zum Beispiel disperse Bestandteile, Pulver, Blättchen, Hohlkörper, Kugeln, Fasern, Whisker, usw., bei denen es sich normalerweise um Keraniikwerkstoffe handelt. Fernerhin kann das Füllstoff bett ein Gitter aus verstärkenden Stäben, Platten oder Drähten beinhalten. Normalerweise sind bei diesen polykristallinen Keramikstrukturen, einschließlich Keramikverbundstoffe, die Oxidationsreaktionsproduktkristallite miteinander verbunden, und die Porosität und/oder die metallische Komponente sind zumindest teilweise vernetzt und von einer Außenfläche der Keramikmasse aus zugänglich. Wie in den obigen US-Patentanmeldungen erläutert wird, üben Dotierungsstoffe, die in Verbindung mit dem Ausgangsmetall verwendet werden, in bestimmten Fällen einen günstigen Einfluß auf die Oxidationsreaktionsprozesse aus, besonders bei Svstemen, die Aluminium als Ausgangsmetall einsetzen. Die Funktion oder die Funktion eines Dotierungsstoffes kann oder können von einer Anzahl von Faktoren abhängen, bei denen es sich nicht um das Dotierungsmaterial selbst handelt. Derartige Faktoren beinhalten zum Beispiel die spezielle Kombination von Dotierungsmitteln, wenn zwei oder mehr Dotierungsrnittel benuta werden, die Konzentration des Dotierungsmittels (der Dotierungsmittel), uie oxidierende Umgebung und die Prozeßbedingungen.

Das Dotierungsmittel (oder die Dotierungsmittel), das zusammen mit dem Ausgangsmetall verwendet wird, kann (1) als Legierungsbestandteile des Ausgangsmetalls vorliegen, (2) auf mindestens einen Teil der Oberfläche des Ausgangsmetalls aufgebracht werden oder (3), wenn ein Füllstoff benutzt wird, auf einen Teil des gesamten Füllstoffs oder des Vorformlings aufgebrächt oder in diesen eingebaut werden, oder es kann eine Kombination aus zwei oder mehr Methoden (1), (2) und (3) verwendet werden. Ein legiertes Dotierungsmittel kann zum Beispiel allein oder zusammen mit einem zweiten äußerlich aufgebrachten Dotierungsmittel benutzt werden. Bei Methode (3), wo ein zusätzliches Dotierungsmittel oder zusätzliche Dotierungsmittel auf den Füllstoff aufgebracht wird oder werden, kann das Aufbringen in einer geeigneten Weise erfolgen, wie es in den gleichfalls besessenen Patentanmeldungen erläutert wird.

Zu den Dotiorungsmitteln, die für ein Aluminiumausgangsmetall einsetzbar sind, besonders wenn Luft als Oxidationsmittel dient, gehören Magnesium, Zink und Silizium entweder einzeln oder miteinander kombiniert oder zusammen mit anderen Dotierungsmitteln, wie es weiter unten beschrieben ist. Diese Metalle oder eine geeignete Quelle für diese Metalle können in ein Ausgangsmetall auf Aluminiumbasis hineinlegiert sein bei Konzentrationen, die jeweils zwischen ungefähr 0,1 und 10Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des sich ergebenden dotierten Metalls liegen.

Diese Dotierungsstoffe oder eine geeignete Quelle dafür (z. B. MgO, ZnO oder SiO₂) können auch äußerlich auf das Ausgangsmetall aufgebracht werden. Somit wird für line Aluminium-Silizium-Legierung eine Aluminiumoxidkeramikstruktur erzielt, wenn Luft als Oxidationsmittel benutzt wird und MgO als Oborflächendotierungsmittel in einer Menge eingesetzt wird, die größer als ungefähr 0,0008 Gramm pro Gramm Ausgangsmetall, das oxidiert werden soll, und größer als 0,003 Gramm pro Quadratzentimeter Ausgangsmetall, auf das das MgO aufgebracht wird, ist.

Zusätzliche Beispiele für Dotierungsstoffe, die sich bei Aluminiumausgangsmetallen, die mit Luft oxidiert werden, als wirkungsvoll erweisen, beinhalten Natrium, Germanium, Zinn, Blei, Lithium, Kalzium, Bor, Phosphor und Yttrium, die einzeln oder kombiniert mit einem oder mehreren anderen Dotierungsmitteln in Abhängigkeit vom Oxidationsmittel und den Prozeßbedingungen eingesetzt werden können. Seltene Erden, wie zum Beispiel Zer, Lanthan, Praseodym, Neodym und Samarium, sind auch brauchbare Dotierungsmittel, und dies wieder besonders dann, wenn sie zusammen mit anderen Dotierungsmitteln benutzt werden. All die Dotierungsmittel, wie sie in den gleichfalls besessenen Patentanmeldungen erläutert werden, sind wirkungsvoll, was das Begünstigen des polykristallin on Oxidationsreaktionsproduktwachstums für Ausgangsmetallsysteme auf Aluminiumbasis betrifft.

Bei dem Ausgange..ietall kann ein festes, flüssiges oder Danpfphasenoxidationsmittel (gasförmig) oder eine Kombination aus derartigen Oxidationsmitteln verwendet werden. Zu den typischen Oxidationsmitteln gehören zum Beispiel ohne Einschränkung Sauerstoff, Stickstoff, ein Halogen, Schwefel, Phosphor, Arsen, Kohlenstoff, Bor, Selen, Tellur und Verbindungen und Kombinationen davon, zum Beispiel Siliziumoxid (als Sauerstoffquelle), Methan, Äthan, Propan, Azetylen, Äthylen und Propylen (als Kohlenstoffquellen) und Gemische, wie beispielsweise Luft, H₂/H₂O und CO/CO₂, wobei die letzteren beidan (d.h. H_: 'H₂O und CO/CO;) für die Reduzierung der Sauerstoffaktivität der Umgebung von Nutzen sein können. Obwohl ein beliebiges geeignetes Oxidationsmittel verwendet werden kann, wie es weiter oben beschrieben ist, wird ein Dampfphasenoxidationsmittel bevorzugt. Man sollte sich jedoch darüber im klaren sein, daß zwei oder mehr Arten von Oxidationsmitteln zusammen mit dem ersten Ausgangsmetall eingesetzt werden können. Wenn ein Dampfphasenoxidationsmittel zusammen mit dem Ausgangsmetall und einem Füllstoff eingesetzt wird, ist der Füllstoff für das Dampfphasenoxidationsmittel durchlässig, so daß das Dampfphasenoxidationsmittel, wenn das Füllstoffbett dem Oxidationsmittel ausgesetzt ist, das füllstoff bett durchdringt, um das geschmolzene Ausgangsmetall zu berühren. Der Begriff „Dampfphasenoxidationsmittel" steht für ein verdampftes oder normalerweise gasförmiges Materia¹, das eine oxidierende Atmosphäre liefert. Es werden zum Beispiel Sauerstoff oder Gasgemische, die Sauerstoff enthalten !einschließlich Luft) bevorzugt als Dampfphasenoxidationsmittel eingesetzt, wenn als Oxidationsreaktionsprodukt ein Oxid gewünscht wird, wobei Luft aus offensichtlichen wirtschaftlichen Gründen normalerweise mehr bevorzugt wird. Wenn von einem Oxidationsmittel festgestellt wird, daß es ein spezielles Gas oder Dampf enthält oder umfaßt, so bedeutet dies, daß es ein Oxidationsmittel ist, bei dem das identifizierte Gas oder der identifizierte Dampf der einzige, dominierende oder zumindest ein wichtiger Oxydator des Ausgangsmetall; unter den Bedingungen ist, die in der verwendeten oxidierenden Umgebung erreicht werden. Obwohl zum Beispiel der Hauptbestandteil der Luft Stickstoff ist, ist der Sauerstoffgehalt der Luft der einzige Oxydator für das Ausgangsmetall, weil Sauerstoff ein wesentlich stärkeres Oxidationsmittel als Stickstoff ist. Luft fällt deshalb unter die Definition eines „sauerstoffhaltigen gasförmigen" Oxidationsmittels und nicht unter die Definition eines „stickstoffhaltigen gasförmigen" Oxidationsmittels. Ein Beispiel für ein „stickstoffhaltiges gasförmiges" Oxidationsmittel, wie es hier und in den Ansprüchen verwende' wird, ist „Formiergas", das ungefähr 96VoI.-% Stickstoff und ungefähr 4 Vol.-% Wasserstoff enthält. Wenn zusammen mit dem Ausgangsmetall und einem Füllstoff ein festes Oxidationsmittel benutzt wird, so ist es normalerweise im gesamten Füllstoffbett oder in dem Teil des Betts, der die gewünschte Keramikverbundmasse enthält, in Form von Schwebstoffteilchen, die mit dem Füllstoff gemischt sind oder vielleicht a>s Überzüge auf den Füllstoffteilchen fein verteilt. Es kann somit ein beliebiges geeignetes festes Oxidationsmittel, einschließlich Elemente, wie zum Beispiel Bor oder Kohlenstoff, oder reduzierbare Verbindungen, wie zum Beispiel Siliziumdioxid oder bestimmte Boride mit einer niedrigeren thermodynamischen Stabilität als das Boridreaktionsprodukt des Ausgangsmetalls, eingesetzt werden. Wenn zum Beispiel Bor oder ein reduzierbares Borid als lestes Oxidationsmittel für ein erstes Aluminiu.nausgangsmetall eingesetzt wird, ist das sich ergebende Oxidationsreaktionsprodukt Aiuminiumborid.

In einigen Fällen kann die Oxidationsreaktion des Aucgangsmetalls so rasch bei einem festen Oxidationsmittel voranschreiten, daß das Oxidationsreaktionsprodukt auf Grund des exothermen Charakters des Prozesses im allgemeinen verschmilzt. Dadurch kann die mikrostrukturelle Homogenität der Keramikmasse verschlechtert werden. Diese rasche exotherme Reaktion kann durch Einmischen relativ reaktionsträger Füllstoffe in die Zusammensetzung verbessert werden. Ein Beispiel für einen derartigen geeigneten reaktionsträgen Füllstoff ist ein Stoff, der mit dem geplanten Oxidationsreaktionsprodukt identisch ist. Wenn ein flüssiges Oxidationsmittel zusammen mit dem Ausgangsmetall und einem Füllstoff eingesetzt wird, wird das gesamte Füllstoff bett oder der Teil, der die gewünschte Keramikmasse umfaßt, mit dem Oxidationsmittel durchtränkt. Der Füllstoff kann zum Seispiel beschichtet oder eingeweicht werden, beispielsweise durch Eintauchen in das Oxidationsmittel, um den Füllstoff zu tränken. Wenn von einem flüssigen Oxidationsmittel gesprochen wird, so versteht man darunter ein Oxidationsmittel, das unter den Oxidationsreaktionsbedingungen flüssig ist, und so ein flüssiges Oxidationsmittel kann einen festen Vorläufer, wie beispielsweise ein Salz, haben, das bei Oxidationsreaktionsbedingungen geschmolzen ist. Als Alternative dazu kann das flüssige Oxidationsmittel ein flüssiger Vorläufer, z. B. eine Lösung eines Stoffes, sein, die verwendet wird, um einen Ttil des Füllstoffs oder den gesamten Füllstoff zu tränken und die bei Oxidationsreaktionsbedingungen geschmolzen ist oder sich zersetzt hat, um so ein geeignetes Oxidationsmittel zu bilden. Beispiele für flüssige Oxidationsmittel, wie sie hier definiert sind, beinhalten niedrigschmelzende Gläser.

Wie es in der gleichzeitig laufenden US-Patentanmeidung Nr.861024, die am S.Mai 1986 eingereicht worden ist, beschrieben wird, kann zusammen mit dem Füllstoff oder Vorformling ein Barrierenmittel benutzt werden, um das Wachstum oder die Entwicklung des Oxidationsreaktionsproduktes jenseits der Barriere zu behindern, wenn bei der Bildung der Keramikmasse DampfphasenoxidationsmiUül eingesetzt werden. Diese Barriere erleichtert die Bildung einer Keramikmasse mit definierten Grenzen. Geeignete Barrieren können ein Material, eine Verbindung, ein Element, eine Zusammensetzung oder etwas Ähnliches sein, das unter den Prozeßbedingungen dieser Erfindung eine gewisse Integri'jt aufrechterhält, nicht flüchtig ist und vorzugsweise für das Dampfphasenoxidationsmittel durchlässig ist. Während es in der Lage ist, das fortgesetzte Wachstum des Oxidationsreaktionsproduktes örtlich zu behindern, zu vergiften, zu stoppen, zu stören, zu verhindern oder ähnliches. Geeignete Barrieren für den Einsatz bei einem Aluminiumausgangsmetall beinhalten Kalziumsulfat (Gips), Kalziumsilikat und Portlandzement und Gemische davon, die normalerweise als Aufschlämmung oder Paste auf die Oberfläche des Füllstoffs aufgebracht werden. Diese Barrierenmittel können auch ein geeignetes brennbares oder flüchtiges Material einschließen, das beim Erwärmen beseitigt wird, oder ein Material, das beim Erwärmen zerfällt, um die Porosität und die Durchlässigkeit des Barrierenmittels zu erhöhen. Noch weiterhin kann das Barrierenmittol auch einen geeigneten feuerfesten aus Teilchen bestehenden Stoff beinhalten, um ein mögliches Schrumpfen oder eine mögliche Rißbildung zu reduzieren, zu der es anderenfalls im Prozeß kommen könnte. Ein derartiger aus Teilchen bestehender Stoff mit im wesentlichen dem gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Füllstoff bett oder der Vorformling ist besonders wünschenswert. Wenn zum Beispiel der Vorformling Aluminiumoxid umfaßt und die sich ergebende Keramik ebenfalls, kann der Barriere Aluminiumoxid beigemischt werden, das wünschenswerter Weise eine Korngröße von ungefähr 20-1000 (Siebmaschenweite) hat, jedoch auch feiner sein kann. Andere geeignete Barrieren beinhalten feuerfeste Keramik- oder Metallhüllsen die an mindestens einem Ende offen sind, damit ein Dampfphasenoxidationsmittel das Bett durchdringen und das geschmolzene Ausgangsmetall berühren kann.

Ausführ'jngsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in mehreren Auüführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnung naher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Keramikstruktur mit einer vernetzten Porosität und miteinander verbundenem Metall;

Fig. 1A: eine vergrößerte Schnittdarsteilung auf der Linie A-A von Fig. 1; Fig. 2: oino schematische, zum Teil im Querschnitt dargestellte Ansicht einer Keramikstruktur, nachdem ein wesentlicher Teil

des vernetzten Metalls entfernt worden ist; Fig. 3: eine schematische Darstellung einer Keramikstruktur in einem reaktiorsträgm Bett, das sich in einem Tiegel befindet,

der in einen Ofen gestellt wird, um das miteinander verbundene Metall /u verdampfen und Fig. 4: ist eine «chematische Darstellung einer Keramikmasse, die in ein Laugungsmittel eingetaucht worden ist, um das miteinander verbundene Metall zu entfernen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine selbsltragende, erste polykristalline Kerarnikstruktur 12 hergestellt, die zum Beispiel mit Hilfe der Verfahren von einem der oben aufgeführten US-Patentanmeldungen erzeugt wird. Demzufolge wird ein erstes Ausgangsmetall, z. B. Aluminium, das dotiert sein kann (wie es weiter unten mehr im Detail erklärt wird), als Vorläufer für das erste Oxidationsreakiionsprodukt verwendet. D~,s Ausgangsmetall wird geschmolzen und in der oxidierenden Umgebung auf eine Temperatur in einem geeigneten Temperaturbereich erwärmt. Bei dieser Temperatur oder in diesem Temperaturbereich reagiert das geschmolzene Ausgangsmetall mit dem Oxidationsmittel und bildet ein polykristallines Oxidationsreaktionsprodukt. Zumindest ein Teil des Oxidationsreaktionsproduktes wird in Kontakt mit und zwischen dem geschmolzenen AusgangsmetaU und dem Oxidationsmittel gehalten, um geschmolzenes AusgangsmetaU durch das Oxidationsreaktionsprodukt zu ziehen und in Bevüiirung mit dem Oxidationsmittel zu bringen, so daß das Cxidationsreaktionsprodukt an der Grenzfläche zwischen dem Oxidationsmittel und zuvor gebildeten Oxidationsreaktionsprodukt weiterwächst. Die Reaktion läuft für einen Zeitraum weiter, der ausreicht, um die polykristalline Keramikstruktur 12 zu bilden, die im wesentlichen das Oxidationsreaktionsprodukt umfaßt oder aus diesem besteht, und eine vernetzte Porosität 13 und/oder einen vernetzten metallischen Bestandteil 14 besitzt. Der vernetzte metallische Bestandteil 14, der weiter unten manchmal einfach als Metall oder Metallkomponente bezeichnet wird, umfaßt nichtoxidicrte Bestandteile des Ausgangsmetalls und kann Dotierungsmittel oder andere metallische Einschlüsse beinhalten. Die vernetzte Porosität 13 sowie der ver. etzte metallische Bestandteil 14 sind in einer oder in mehreren Dimensionen miteinander verbunden und in einem Teil des polykristallinen Materials oder im im wesentlichen gesamten polykristallinen Material dispergiert oder verteilt. Diese Porosität 13 und das Metall, die sich an Ort und Stelle während der Bildung des polykristallinen Cxidationsreaktionsproduktes gebildet haben, sind beide zumindest teilweise offen oder von mindestens einer Oberfläche aus zugänglich, wie zum Beispiel an den Oberflächen 15 der Keramikstruktur, oder kann durch spanende Bearbeitung oder Brechen zugänglich gemacht werden Ein Teil der Porosität und des Metalls kann als Inseln isoliert sein. Der prozentuale Volumenanteil der Porosität 13 (vernetzt und isoliert) und des metallischen Bestandteils 14 (vernetzt und isoliert) hängt zum großen Teil von solchen Bedingungen ab, wie zum Beispiel Temperatur, Zeit, Dotierungsmittel und Typ des ersten Ausgangsmetalls, das bei der Herstellt ~n der KeramikstruOjr 12 eingesetzt wird.

In einer bevorzugten Realisierungsmöglichkeit der Erfindung wird im wesentlichen das gesamte vernetzte Metall entfernt oder sollte entfernt werden, um die selbsttragende Keramikstruktur 12 herzustellen, die die vernetzte Porosität 13 besitzt, die in einem Teil oder im im wesentlichen gesamten polykristallinen Material verteilt ist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Um das gesamte vernetzte Metall oder einen wesentlichen Teil davon zu entfernen, kann der Cxidationsreaktionsprozeß zum Abschluß gebracht werden, das heißt, wenn die Metallphase vollständig oder fast vollständig reagiert hat, um das Oxidationsreaktionsprodukt zu bilden, wird die vernetzte Metallkomponente aus der Koramikstruktur 12 herausgezogen, wodurch an ihrem Platz die vernetzte Porosität 13 zurückbleibt, und sie wird oxidiert, um an der Oberfläche (den Oberflächen 15) Keramik zu bilden. Wenn der Prozeß zum Abschluß gebracht wird, besitzt das Oxidationsreaktionsprodukt einen höheren prozentualen Volumenanteil der Porosität 13, die zumindest teilweise vernetzt ist. Zum Beispiel kann eine Keramikstruktur, die aus Aluminium gebildet wird, das in Luft bei ungefähr 1125⁰C verarbeitet wird, ungefähr 20 bis ungefähr 30VoI.-% Metall und ungefähr 2 bis ungefähr 5 Vol.-% Porosität 13 enthalten, wenn das Wachstum gestoppt wird, bevor das gesamte erste AusgangsmetaU oxidiert ist; und wenn die Verarbeitung solange fortgesetzt wird, bis die Oxidation des gesamten ersten Ausgangsmctalls abgeschlossen ist, kann sie ungefähr 1 bis ungefähr 3Vol.-% meta'Msche Bestandteile 14 und ungefähr 25 bis ungefähr 30V ol.-% (oder mehr) Hohlräume oder Poren (Porosität) enthalten, wenn der Prozeß bis zum Abschluß durchgeführt wird.

Ein zweites Verfahren oder Möglichkeit zum Entfernen des vernetzten Metalls sieht so aus, daß die Keramikstruktur auf ein reaktionsträges Bett 18 gelegt wird, das sich in einem Tiegel oder einem anderen Behälter 20 aus feuerfestem Material befindet (siehe Fig.3). Der Behälter 20 und sein Inhalt werden dann in einen Ofen mit einer Schutzgasatmosphäre (z. B. Argon oder ein beliebiges anderes reaktionsloses Gas) gestellt und auf Temperaturen erwärmt, so der metallische Bestandteil 14 einen hohen Dampfdruck besitzt. Diese Temperatur oder der bevorzugte Bereich können in Abhängigkeit von der Endzusammensetzur.g des metallischen Bestandteils 14 in der keramischen Masse variieren. Bei der geeigneten Temperatur verdampft das vernetzte Metall aus der Keramikstruktur, aber wegen der Schutzgasatmosphäre bildet sich kein zusätzliches Oxidationsreaktionsprodukt. Durch Aufrechterhalten dieser Temperaturen verdampft das vernetzte Metall 14 noch weiter und wird durch eine geeignete Entlüftung im Ofen aus dem OJpn wegbefördert.

Ein drittes Verfahren oder Möglichkeit zum Entfernen des vernetzten Metalls Lesteht darin, daß die Keramikstruktur 10 in ein geeignetes Laugungsmittel 22 getaucht wird, um das vernette Metall herauszulösen oder herauszudispergieren (siehe Fig. 4). Das Laugungsmittel 22 kann eine saure oder kaustische Flüssigkeit oder ein Gas sein, das von solchen Faktoren, wie zum Beispiel der Zusammensetzung von Metall, der Ei"'auch;:eit, usw., abhängt. Bei Verwendung von Aluminium als AusgangsmetaU und damit des Vorhandenseins von Aluminium im vernetzten Metall hat sich HCI als geeignetes saures Medium erwiesen. Wenn die Keramikmasse Silizium enthält, stellen NaOH- und/uuc-r KOH-Lösungen akzeptable kaustische Medien dar. Die Eintauchzeit der Keramikmasse in das Laugungsmittel 22 hängt von der Menge und vom Typ der Metallkomponente ab und davon, wo sich das

vernetzte Metall im Hinblick auf die Oberfläche(n) 15 befindet. Je tiefer das vernetzte Metall in der Keramikmasse 12 ist, um so langer dauert es, bis derartiges Metall herausgelaugt oder herausgeätzt ist, und um so länger muß die Keramikmasse im Laugungsmittel 22 verbleiben. Dieser Extraktionsschritt kann durch Erwärmen des Laugungsmittels oder durch Rühren des Laugungsmittelbades erleichtert werden. Nachdem die Keramikstruktur 12 aus dem Laugungsmittel 22 herausgenommen worden ist, muß sie mit Wasser gewaschen werden, um restliches Laugungsmittel zu entfernen.

Wenn im wesentlichen das gesamte vernetzte Metall entfernt worden ist, wird eine selbsttragende erste Keramikstruktur 12 erzeugt, die ein polykristallines Oxidationsreaktionsprodukt umfaßt, das sich bei Oxidation eines geschmolzenen Ausgan^smetallvorläufers mit einem Oxidationsmittel gebildet hat, und die oine vernetzte Porosität 13 enthält, die vorzugsweise ungefähr 5 bis ungefähr 45VoI.-% der ersten Keramikstruktur 10 ausmacht.

Ein zweites polykristallines Kerarnikmaterial wird in die Porosität eingebaut, um die Eigenschaften des Endproduktes zu verbessern oder zu diesen beizutragen. Eis kann eine Vielzahl von polykristallinen Keramikwerkstoffen in die Porosität eingebaut werden und dabei ein integraler Bestandteil werden, und sie schließt vorzugsweise einen Vorläufer für die Keramik ein. Zum Beispiel kann Chromoxid durch Tränken der Keramikmasse mit einer Lösung aus Chromsäure in die Porosität eingebaut werden. Die getränkte Masse wird auf eine ausreichende Temperatur erwärmt, um die Säure zu zersetzen und einon Rückstand oder eine Ablagerung aus Chromoxid zurückzulassen. Dieser Prozeßschritt wird normalerweise wiederholt, um eine ausreichende Chromoxidtiefe aufzubauen. Der Chromoxidgehalt kann zum Beispiel beim Verringern der Wärmeleitfähigkeit der Keramikmasse von Nutzen sein. Ais ein weiteres brauchbares Beispiel kann Silizium in die Porosität der Keramikmasse aus einem Vorläufer, wie zum Beispiel Siliziumoxidgläsern mit niedrigem Schmelzpunkt, oder aus solchen Stoffen, wie beispielsweise Tetraäthylorthosilikat, eingebaut werden. Hier kann wieder eine Vielzahl von Eintauchvorgängen und Umwandlungen in eine Siliziumoxidablagerung erwünscht oder orfordorlich sein, um eine ausreichende Menge zu erzielen. Der Siliziumoxidgehalt vermindert die Leitfähigkeit der Keramikmasse und könnte daher als Heizelement von Nutzen sein. Eine Keramikstruktur mit einer vernetzten Porosität wurde mit Hilfe der Verfahren der oben beschriebenen US-Patentanmeldungen hergestellt. Insbesondere wurde ein Vorformling, der aus einer 0,6cm dicken Schoibe aus 30% Kaolin und 70% Aluminiumoxid (E 67) mit einem Durchmesser von 7,6cm mit pulverförmigem Silizium auf einer Seite und mit einer Wasseraufschlämmung aus Gips, die 30% Siliziumoxid enthielt, auf allen anderen Seiten beschichtet. Ein Stück Aluminiumlegierung 380.1 wurde in Kontakt mit der mit Silizium beschichteten Seite des Vorformlings gebracht, und das Ganze wurde 48 Stunden lang bei 900⁰C in Luft gebrannt. Eine metallhaltige Aluminiumoxidmatrix durchsetzte den Vorformling. Die Oberfläche des Vorformlings wurde vier Stunden lang mit 50%iger wäßriger Salzsäure behandelt, um die Aluminiumlegierung herauszulösen. Nach dem Trocknen stellte sich heraus, daß sich das Aluminium von den Oberflächenschichten der Scheibe herauslösen ließ und eine Außenzone mit einer Größe von 1 mm zurückblieb, die eine Porosität von 33% hatte.

Dann wurde die Scheibe mit einer wäßrigen Lösung aus Chromsäure behandelt, die 14g CrOa pro 15OnI Wasser enthielt. Nach dem Herausnehmen aus der Lösung wurde die Scheibe bei 550⁰C gebrannt. Es wurden zehn dorartige Zyklen des Durchtränkens mit Chromsäure und Erwärmens durchgeführt, und es zeigte sich danach, daß die Porosität der 1 mm großen AuSenzone der Scheibe auf Grund der Abscheidung von Chromoxid durch die Behandlung auf ungefähr 5 bis 10% abgenommen hatte. Das Gewicht der Scheibe erhöhte sich um 15,6%.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Keramikstruktur, die eine zweite polykristalline Keramikkomponente enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

a) Erstellung einer selbsttragenden Keramikstruktur, die (i) ein polykristallines Oxidationsreaktionsprodukt, das sich bei Oxidation eines geschmolzenen Ausgangsmetalls mit einem Oxidationsmittel gebildet hat, und (ii) vernetzte Porosität umfaßt, die von einer oder mehr Oberflächen der Keramikstruktur aus zumindest teilweise zugänglich ist,

b) Anordnung einer zweiten polykristallinen Keramikkomponente in zumindest einem Teil der Porosität, um einer Keramikstruktur zu bilden, die eine zweite Keramikkomponente enthält.

2. Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Keramikstruktur, die eine zweite polykristalline KeramikkoTiDonente enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

a) Erstellung einer selbsttragenden Keramikstruktur, die (i) ein polykristallines Oxidationsreaktionsprodukt, das sich bei Oxidation eines geschmolzenen Ausgangsmetalls mit einem Oxidationsmittel gebildet hat, und (ii) vernetzte Porosität umfaßt, die von einer oder mehr Oberflächen der besagten Keramikstruktur aus zumindest teilsweise zugänglich ist,

b) Berühren der Oberfläche oder Oberflächen der Keramikstruktur mit einer Menge des Vorläufers für ein Keramikmaterial, die in der Lage ist, in zumindest einen Teil der vernetzten Porosität einzudringen,

c) Durchdringen von zumindest einem Teil der vernetzten Porosität mit zumindest einem Teil der Menge des Vorläufers und Hervorrufen der Bildung des Keramikmaterials, um eine Keramikstruktur zu bilden, die die zweite Keramik enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmetall aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Aluminium, Silizium, Titan, Zinn, Zirkonium und Hafnium besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmetall Aluminium und das polykristristalüne Oxidationsreaktionsprodukt in erster Linie Aluminiumoxid ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vernetzte Porosität zwischen ungefähr 5 und 45VoI.-% der Keramikstruktur, bevor die Keramik mit der zweiten Keramikkomponente getränkt wird, liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Keramikkomponente Chromoxid oder Siliziumoxid umfaßt.

7. Selbsttragende Keramikstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes umfaßt: ein polykristallines Oxidationsreaktionsprodukt, das sich bei Oxidation eines geschmolzenen Ausgangsmetalls mit einem Oxidationsmittel gebildet hat, und das eine vernetzte Porosität besitzt, die von einer oder mehr Oberflächen der besagten Keramikstruktur aus zumindest teilweise zugänglich ist; und eine zweite Keramikkomponente, die in zumindest einem Teil der Porosität angeordnet, ist.