DD286135A5

DD286135A5 - Verfahren zur herstellung eines selbsttragenden keramischen verbundstoffes

Info

Publication number: DD286135A5
Application number: DD87310859A
Authority: DD
Inventors: Christopher R Kennedy; Marc St Newkirk
Original assignee: ��@��@��k��Kk��
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1987-12-21
Publication date: 1991-01-17
Also published as: CN87101297A; ZA879544B; HU203862B; DE3784472D1; PL269554A1; DK671987A; EP0272997A3; NZ222925A; IL84737A0; IL84737A; RU1828462C; JPS63166769A; FI90055C; RO100048A2; BG60616B1; JP2525841B2; CS276997B6; NO875249D0; ATE86237T1; CS955287A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundstoffes. Ein durchlaessiger Fuellstoff, beispielsweise eine Vorform, von dem wenigstens eine Oberflaeche eine durchlaessige Schicht traegt, wird mit einem Koerper des fluessigen Grundmetalls in Kontakt gebracht, das auf eine Temperatur ueber dessen Schmelzpunkt aber unter dem Schmelzpunkt des Oxydationsreaktionsproduktes erhitzt wird. Ein Abschnitt des Oxydationsreaktionsproduktes wird in Kontakt mit und zwischen dem fluessigen Metall und dem Oxydationsmittel gehalten. Die Reaktion wird weitergefuehrt, um einen Teil der Schicht mit dem Oxydationsreaktionsprodukt zu infiltrieren und einen keramischen Zwischenkoerper herzustellen, der einen anliegenden keramischen Verbundkoerper hat, der von einer keramischen Schicht ueberlagert wird. Die keramische Schicht wird von dem darunterliegenden keramischen Verbundstoff entfernt. Fig. 1{Keramik; Verbundstoff; Fuellstoffmasse; Matrix; Grundmetall; Vorform; Aluminiumgrundmetall; Oxydation; Oxydationsreaktionsprodukt; Oxydationsmittel; Infiltration; Wachstum; Oberflaechengrenze}

Description

-4- 286135 Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundstoffes, insbesondere mit einer gewünschten Form, der aus einer Fülistoffmasse odor die aus einer Vorform besteht, die durch eine keramische Matrix infiltriert ist, welche durch die Oxydation eines Grundmetalls bzw. Aluminiumgrundmetallss gewonnen wird, um eine polykristalline Matrix zu bilden, die im wesentlichen besteht aus einem Oxydationsreaktionsprudukt bzw.Aluminiumoxidoxydationsreaktionsprodukt des Aluminiummetalls mit einem oder mehreren Oxydationsmitteln einschließlich eines dampfförmigen Oxydationsmittels bzw. sauerstoffhaltigen Oxydationsmittels, und wahlweise einem oder mehreren metallischen Bestandteilen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der Gegenstand dieser US-Patentanmeldung ist bezogen auf die hiermit im Zusammenhang stehenden, nachstehend genannten US-Patnntanmeldung:Nr.818943, eingereicht am 15. Januar 1986, mit dem Titel „Neuartige keramische Stoffe und Verfahrenzu ihrer Herstellung*. Diese US-Patentanmeldung beschreibt das Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden keramischen Körpern, die als Oxydationsreaktionsprodukt aus einem Grundmetallvorläufer wachsen. Flüssiges Grundmetall reagiert mit einem dampfförmigen Oxydationsmittel, um ein Oxydationsreaktionsprodukt zu bilden, und das Metall wandert durch das Oxydationsreaktionsprodukt zum Oxydationsmittel, wodurch sich kontinuierlich ein polykristalliner keramischer Körper des Oxydationsreaktionsproduktes entwickelt. Der keramische Körper kann mit metallischen Komponenten und/oder Porösität hergestellt werden, die miteinander verbunden sein können oder nicht verbunden sind. Das Verfahren kann verstärkt werden durch die Verwendung eines legier'.en C jtieru.^mittels, beispielsweise bei einem in Luft oxydierten Grundmetall. Dieses Verfahren wurde durch die Verwandung von 2 j'ieren Dotierungsmitteln verbessert, die auf die Oberfläche des Vorläufermotalls aufgebracht werden, wie das in der und hiermit im Zusammenhang stehenden US-Patentanmeldung, Nr. 822 999, eingereicht am 27. Januar 1986, und den ν ^ausgehenden US-Patentanmeldungen mit dem Titel „Verfahren zur Herstellung selbsttragender keramischer Stoffe" beschrieben wird.

Der Gegenstand dieser US-Patenianmeldung steht auch im Zusammenhang mit den US-Patentanmeldungen, Nr.819397, eingereicht am 17. Januar 1986, und Nr. 697 876, eingereicht am 4. Februar 1985, mit dem Titel „Keramische Verbunderzeugnisse und Verfahren zu ihrer Herstellung". Diese US-Patentanmeldungen beschreiben ein neuartipes Verfahren zur Herstellung selbsttragender keramische:'Verbundstoffe durch das Wachsen eines Oxydationsreakiiönsproduktes aus einem Grundmetall in eine durchlässige Füllstoffmasse, wodurch der Füllstoff mit einer keramischen Matrix infiltriert wird. Weiterentwicklungen der vorstehenden Verfahren ermöglichen die Schaffung von keramischen Verbundstrukturen, welche einen oder mehrere Hohlräume enthalten, die umgekehrt die Geometrie eines goformten Vorläufergrundmetalls nachbilden, und ein Negatlvmustar haben, das umgekehrt das Positivrru ster eines Grundmetallvorläufers nachbildet. Diese Verfahren werden beschrieben in der US-Patentanmeldung, Nr.823542, eingereicht am 27.Januar 1986, mit dem Titel „Umkehrnachbildungsverfahren zur Herstellung von keramischen Verbunderzeugnissen und danach hergestellte Erzeugnisse", und der US-Patentanmeldung, Nr.896147, eingereicht am 13.August 1986, mit dem Titel „Verfahren zur Herstellung von keramischen Verbunderzeugnissen mit formnachgebildeten Oberflächen und danach hergestellte Erzeugnisse". Ein Merkmal, das bei den Verfahren der oben genannten US-Patentanmeldungen von Nutzen ist, um einen netzförmigen keramischen Körper, einschließlich Verbundkörper, herzustellen, der im wesentlichen die Originalform und -abmessungen das Füllstoffs oder der Vorform beibehält, oesteht darin, das Hinauswachsen der keramischen Matrix über definierte Oberflächengrenzen hinaus auf ein Minimum zu beschränken. Ein Hinauswachsen über die Oberflächengrenzen kann im wesentlichen verhindert werden durch die Kontrolle der Infiltration der polykristallinen keramischen Matrix bis zu definierten Oberflächengrenzen, "/as erreicht werden kann durch die Verwendung siner festgelegten Menge des Grundmetalls, Schaffung einer besseren Oxydftiionskinetik innerhalb der Vorform als außerhalb der Vorform. Erschöpfung der oxydierenden Atmosphäre an einem bestimmten Punkt im Verfahren oder Senkung der Reaktionstemperatur zu einem bestimmten Punkt im Verfahren. Jeder dieser Schritte kann eine strenge Kontrolle oder Überwachung erforderlich machen, um im wesentlichen keinen polykristallinen Überwuchs über eine definierte Oberflächengrenze hinaus auftreten zu lassen, und kann u. U. trotzdem nicht die günstigste Netz- oder angenäherte Neuform erbringen oder kann eine zusätzliche maschinelle Bearbeitung oder Oberflächenbearbeitung erforderlich machen, um annehmbare Toleranzen bei einem fertigen Teil zu erreichen. Es wurden Verfahren entwickelt, um keramische Verbundstrukturen mit einer vorher ausgewählten Form oder Geometrie herzustellen. Diese Verfahren schließen dio Verwendung einer vorgeformten Vorform aus durchlässigem Füllstoff ein, in welche die keramische Matrix durch die Oxydation eines Grundmetallvorlaufers hinoinwächst, wie das in der US-Patentanmeldung, Nr. 861025, eingereicht am 8. Mai 1986 mit dom Titel „Geformte keramische Verbundstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung", beschrieben wird. Hin anderes Verfahren zur Herstellung von solchen geformten keramischen Verbundstoffen schließt die Nutzung von Sperrelementen ein, um das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes an einer ausgewählten Grenze zu unterbinden oder aufzuhalten, um so die Form oder Geometrie der keramischen Verbundstruktur zu definieren. Diesen Verfahren liegt die US-Patentanmeldung, Nr.861024, eingereicht am 8.Mai 1986 mit dem Titel „Verfahren zur Herstellung von geformten keramischen Verbundstoffen unter Verwendung eines Sperrelementes", zugrunde.

Die vollständigen O'fenlegungen aller oben genannten US-Patentanmeldungen werden ausdrücklich in die vorliegende US-Patentanmeldung als Referenz einbezogen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Oberflächengrenze auf einem keramischen Verbundstoff, die bei netzförmigen keramischen Verbundstoffen, insbesondere bei größeren, aus einem Stück bestehenden Körpern mit einer komplizierten Geometrie wünschenswert ist, in der Erzielung einheitlicher Eigenschaften über den gesamten Querschnitt und in der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit bei deren Herstellung.

-5- 286135 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgebe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundstoffes zu entwickeln, das es gestattet, eine Oberflächengrenze auf den keramischen Verbundstoff auch bei komplizierter Geometrie aufzubringen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der selbsttragende keramische Verbundstoff eine Oberflächengrenze, einen Umfang oder ähnliches hat, die dadurch erreicht werden, daß zuerst auf wenigstens einer Oberfläche der Füllstoffmasse eine durchlässige Schicht oder ein Überzug aufgebracht werden. Der Oxydationsreaktionsprozeß wird fortgesetzt, um die Entwicklung oder das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes über die Oberfläche hinaus und in die Schicht zu ermöglichen. Diese Schicht mit Überwuchs des Matrixmaterials über die Füllstoffmasse hinaus ist von vornherein so bestimmt oder konstruiert, daß sie strukturell schwächer als der darunterliegende Verbundstoff der infiltrierten Füllstoffmasse ist und kann leicht mechanisch entfernt oder abgetrennt werden. Nach dem Entfernen dieser Schicht mit dem Überwuchs von wenigstens einem Abschnitt der Oberfläche bleibt die exponierte Oberfläche des resultierenden Verbundstoffe in der festgelegten Form. Insbesondere wird nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein selbsttragender keramischer Verbundstoff hergestellt durch den Kontakt eines Zonenabschnitts oder einer erweiterten Oberfläche der Masse des Füllstoffmaterials mit einem Körper aus flüssigem Metall, das durch Erhitzen eines Grundmetalls auf eine Temperatur über dem eigenen Schmelzpunkt, aber unter dem Schmelzpunkt des Oxydationsreaktionsproduktes gewonnen wurde. Die Füllstoffmasse kann eine festgelegte Form haben, entweder als geformte Vorform, die eine durchlässige Schicht trägt oder von dieser umschlossen wird, beispielsweise als lose Einbettung oder Überzug, oder durch Konfiguration der Schicht mit einer geformten Oberfläche, die dann in Einklang mit der Masse des losen, anpassungsfähigen Füllstoffs gebracht wird. Bei der oben genannten Temperatur oder innerhalb des genannten Temperaturbereiches reagiert das flüssige Metall mit einem Dampfoxydationsmittel, um das Oxydationsreaktionsprodukt zu bilden. Das dampfförmige Oxydationsmittel oder einem flüssigen Oxydationsmittel eingesetzt werden, wie das unten ausführlicher erklärt wird. Die Masse des Füllmaterials hat wenigstens eine Oberfläche mit einer Schicht oder einem Überzug aus einem Material im angepaßten Zusammenwirken mit der Oberfläche, und die Schicht ist zumindest teilweise von der Kontaktzone entfernt, so daß die Bildung des Oxydationsreaktionsproduktes in die Masse des Füllmaterials und in einer Richtung hin zu und wenigstens teilweise in die Schicht erfolgt. Wenigstens ein Abschnitt des Oxydationsreaktionsproduktes wird in Kontakt mit und zwi ' °n dem flüssigen Metall und dem Oxydationsmittel gehalten, um flüssiges Metall durch das Oxydationsreaktionsprodukt I < Oxydationsmittel zu ziehen, so daß sich das

Oxydationsreaktionsprodukt weiter an der Grenzfläche z\ „nen dem Oxydationsmittel und dem vorher gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt, welches die Masse des Füllmaterials infiltriert hat, bildet, wodurch ein Verbundstoff entsteht. Die Reaktion wird fortgesetzt, um das Wachstum über die Oberfläche hinaus und in die Schicht zu ermöglichen, bis wenigstens ein Abschnitt der Schicht durch das Oxydationsreaktionsprodukt infiltriert wurde, wodurch ein keramischer Zwischenkörper entsteht, der aus der keramischer Schicht und dem darunterliegenden keramischen Verbundkörper besteht, wobei die festgelegte Grenzfläche zwischen den beiden die Grenze oder Oberfläche des Endproduktes definiert. Die Schicht, welche diesen Überwuchs enthält, ist von vornhe ^rein so konstruiert, daß sie Strukturdll oder mechanisch schwächer als der darunterliegende Verbundstoff ist. Die relative mecht nische Integrität zwischen den beiden Lagen wird von vornherein durch die Wahl der Stoffe und/oder Zusammensetzungen von Füllstoff und Schicht, der Anordnung dieser Stoffe, das Oxydationsreaktionsprodukt und dessen Affinität für diese Stoffe und eine oder mehrere Verfahrensbedingungen. Dieser keramische Zwischenkörper, der aus der infiltrierten Schicht und dem angrenzenden Verbundstoff besteht, wird im typischen Fall gekühlt, und die keramische Schicht wird von dem darunterliegenden Verbundstoff durch ein geeignetes mechanisches Mittel abgenommen oder getrennt, um einen selbsttragenden keramischen Verbundstoff mit der definierten Oberfläche zu schaffen, die durch die Grenzfläche zwischen der Schicht und der infiltrierten Füllstoffmasse gebildet wird.

Die Vorbunderzeugnisse nach dieser Erfindung können bis zu einer Stärke, die bisher mit den herkömmlichen Verfahren für die Herstellung dichter keramischer Strukturen nur schwer erreichbar war, mit im wesentlichen einheitlichen Eigenschaften über dem gesamten Querschnitt hergestellt werden. Bei dem Verfahron, mit dem diase Produkte geschaffen werden können, entfallen auch die hohen Kosten in Verbindung mit der herkömmlichen Produktionsmethoden von keramischen Stoffen, einschließlich der Vorbereitung von gleichmäßigem, feinen Pulver von hoher Reinheit und der Verdichtung durch Sintern, Heißpressen und/oder isostatisches Heißpressen.

Die Erzeugnisse der vorliegenden Erfindung können verwendet werden oder werden hergestellt für die Nutzung als Handelsartikel, worunter in der vorliegenden Verwendung ohne Einschränkung industrielle, strukturelle und technische Keramikkörper eingeschlossen sind, die dort eingesetzt werden, wo die elektrischen. Verschleiß-, Wärme-, strukturellen oder anderen Merkmale oder Eigenschaften wichtig oder vorteilhaft sind; nicht eingeschlossen werden sollen Rückführungs- oder Abfallerzeugnisse, wie sie als unerwünschte Nebenprodukte bei der Verarbeitung flüssiger Metalle anfallen könnten. Unter den nachstehend verwendeten Begriffen in der Spezifikation und in den Ansprüchen sind folgende Definitionen zu verstehen:

,Keramik" bezeichnet nicht eingeengt einen keramischen Körper im klassischen Sinne, d. h., in dem Sinne, daß er ausschließlich aus nichtmetallischen und anorganischen Sto' m besteht, sondern bezieht sich vielmehr auf einen Körper, der entweder hinsichtlich der Zusammensetzung oder der bestimmenden Eigenschaften vorwiegend keramisch ist, obwohl dar Körper kleinere oder beachtliche Mengen eines oder mehrerer metallischer Bestandteile enthalten kann, die vom Grundmetall abgeleitet wurden oder durch das Oxydationsmittel oder ein Dotierungsmittel produziert wurden, im typischen Fall im Bereich von etwa 1 bis 40Vol.-%, obwohl der Metallgehalt auch noch höher sein kann.

Unter einem „Oxydationsreaktionsprodukt" versteht man im allgemeinen ein oder mehrere Metalle in einem oxydierten Zustand, wobei ein Metall Elektronen abgegeben hat oder Elektronen mit einem anderen Element, einer Veibindung oder einer Kombination daraus teilt. Demzufolge schii-.iJt ein .Oxydationsreaktionsprodukt" nach dieser Definition das Produkt der Reaktion von einem oder mehreren Metallen mit einem Oxydationsmittel ein.

Unter einem „Oxydationsmittel" versteht man einen oder mehrere geeignete Elektronenakzeptoren oder Elektronenaufnehmer, es kann sich dabei um ein Element, eine Kombination von Elementen, eine Verbindung oder eine Kombination von Verbindungen, einschließlich reduzierbarer Verbindungen, handeln, und es ist unter Verfahrensbedingungen fest, flüssig oder dampfförmig.

Unter ,Grundmetali" versteht man das Metall, z. B. Aluminium, welches der Vorläufer des polykristallinen Oxydationsreaktionsproduktes ist, und der Begriff schließt dieses Metall als relativ reines Metall, kommerziell verfügbares Metall mit Verunreinigungen und/oder Legierungsbestandteilen oder als Legierung ein, in welcher dieser Metallvorläufer der Hauptbestandteil ist; und wenn ein spezifiziertes Metall als Grundmetall bezeichnet wird, z.B. Aluminium, sollte das genannte Metall unter Berücksichtigung dieser Definition verstanden werden, wenn aus dem Zusammenhang nichts anderes hervorgeht.

Ausführungsbaisplel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführ'-ingsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt: Fig. 1: eine schematische, senkrechte Schnittansicht, die eine Anordnung eines Grundmetallblocks in einer geeigneten

Einbettung darstellt, welche durch eine Vorform überlagert wird, die eine durchlässige Schicht trägt und sich in einem feuerfesten Behälter befindet.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Grundmetall, das dotiert sein kann (wie das unten ausführlicher beschrieben wird) und der Vorläufer des Oxydationsreaktionsproduktes ist, zu einem Block, Barren, Stab, einer Platte oder ähnlichem geformt und in ein inertes Bett, einen Schmelztiegel oder einen anderen feuerfesten Behälter gegeben. Es wird eine durchlässige, geformte Vorform (wie das unten ausführlicher beschrieben wire') geformt oder hergestellt, so daß sie wenigstens eine definierte Oberfächengrenze hat und durchlässig für das dampfförmige Oxydationsmittel und die Infiltration des Oxydationsreaktionsproduktes ist. Die Vorform wird angrenzend an und vorzugsweise in Kontakt mit einer oder mehreren Oberflächen oder wenigstens eines Abschnitts einer Oberfläche des Grundmetalls gebracht, so daß wenigstens ein Abschnitt der definierten Oberflächengrenze der Vorform im allgemeinen entfernt oder außerhalb oder getrennt von der Metalloberfläche des Grundmetalls ist. Die Vorform ist vorzugsweise in Kontakt mit einer Oberfläche des Grundmetalls; wenn das gewünscht wird, kann die Vorforrr aber auch teilweise, nicht aber vollständig, in das flüssige Metall eingetaucht werden, da ein vollständiges Eintauchen die Entwicklung der polykristallinen Matrix abschneiden oder blockieren würde. Eine durchlässige Schicht wird gebildet, aufgebracht oder aufgestrichen als Überzug oder Lage auf die Vorform, um wenigstens eine Oberfläche zu haben, die im wesentlichen an die Geometrie der definierten Oberflächengrenze der Vorform angepaßt ist. Die Schicht ist ausreichend porös, um für das dampfförmige Oxydationsmittel und für das infiltrierende Oxydationsreaktionsprodukt durchlässig zu sein. Die durchlässige Schicht, die keine einheitliche Stärke zu haben braucht, hat eine angepaßte Oberfläche, die an der definierten Oberflächengrenze der Vorform anliegt oder gegen diese stößt. Die Bildung do« CAVdationsreaktionsproduktes erfolgt in einer Richtung hin zur definierten Oberflächengrenze und zur durchlässigen Schicht, welche die Oberfläche, den Umfang oder die Grenze des keramischen Verbundstoffes bildet. Der Behälter und sein Inhalt werden dann in einen Ofen gegeben, dem ein Oxydationsmittel zugeführt wird, einschließlich eines dampfförmigen Oxydationsmittels. Diese Anordnung wird auf Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Oxydationsreaktionsproduktes, aber über dem Schmelzpunkt des Grundmetalls orhitzt, die beispielsweise bei Aluminium unter Verwendung von Luft als dem dampfförmigen Oxydationsmittel im allgemeinen zwischen etwa 850° und 145O⁰C und vorzugsweise zwischen etwa 900° und 1350°C liegt. Innerhalb dieses Temperaturintervalls oder bevorzugten Temperaturbereiches bildet sich ein Körper oder Pool aus flüssigem Metall, und beim Kontakt mit dem (den) Oxydationsmittel(n) reagiert das flüssige Metall und bildet oine Schicht des Oxydationsreaktionsproduktes. Bei fortgesetzter Einwirkung der oxydierenden Umgebung wird das flüssige Metall progressiv in und durch das bereits gebildete Oxydationsreaktionsprodukt in der Richtung zum Oxydationsmittel und zur definierten Oberflächengrenze gezogen, die mit der durchlässigen Schicht in Kontakt ist. Beim Kontakt mit dem Oxydationsmittel reagiert das flüssige Metall mit der Bildung zusätzlichen Oxydationsreaktionsproduktes, wobei wahlweise metallische Bestandteile in dem polykristallinen Material dispergiert bleiben. Wenigstens ein Abschnitt des Oxydationsreaktionsproduktes wird in Kontakt mit und zwischen dem flüssigen Grundme'ill und dem (den) Oxydationsmittel(n) gehalten, um das fortdauernde Wachstum des polykristallinen Oxydationsreaktionsproduktes in der Vorform zu bewirken. Das polykristalline Oxydationsreaktionsprodukt wächst und entwickfit sich weiter in der Vorform und bettet deren Bestandteile ein. Das Verfahren wird fortgesetzt, bis das Oxydationsreaktionsprodukt über die definierte Oberflächengrenze hinaus in wenigstens einen Abschnitt der durchlässigen Schicht gewachsen ist, um einen keramischen Zwischenkörper zu bilden, der aus einem darunterliegenden keramischen Verbundkörper, welcher mit dem Oxydationsreaktionsprodukt infiltriert wurde, und einer keramischen Schicht, die wenigstens teilweise durch das Oxydationsreaktionsprodukt infiltriert wurde, besteht. Bei der Durchführung dieses Verfahrens wird im voraus für die resultierende keramische Schicht festgelegt, da sie eine mechanische Integrität hat, die schwächer oder mechanisch beachtlich geringer ist als die mechanische Integrität des keramischen Verbundkörpers. ,Mechanische Integrität" kann definiert werden als die Qualität oder Festigkeit in den entsprechenden keramischen Strukturen, welche es erlaubt, die keramische Schicht zu ontfernen, beispielsweise durch Sandstrahlen, Putztrommeln in schleifenden Medien oder Schlämmerosion, ohne den darunterliegenden keramischen Verbundkörper zu beeinträchtigen oder zu unterbrechen, der im wesentlichen intakt bleibt, während die keramische Schicht entfernt wird.

Der keramische Zwischenkörper, der aus der Schicht und dem Füllstoff besteht, die beide durch das Oxydation: reaktionsprodukt infiltriert sind, wird aus dem Ofen genommen und kann unter etwa 85O⁰C, vorzugsweise unter etwa 400⁰C etwa auf Zimmertemperatur abkühlen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bildet die zusammengesetzte keramische Schicht beim Abkühlen in ihrer keramischen Matrix auf Grund der Martensitphasentransformation von Schichtbestandteilen, die in der gewachsenen Matrix eingeschlossen sind, Mikrorisse, wodurch die keramische Schicht leichter von dem keramischen Verbundkörper entfernt werden kann als das der Fall würde, wenn der keramische Zwischenkörper nicht abgekühlt würde. Die mit Mikrorissen überzogene keramische Verbundschicht wird anschließend entfernt, beispielsweise durch Abtragung, von dem keramischen Verbundkörper.

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Die durchlässige Schicht kann aus jedem Material(ien), Verbindung(en) oder ähnlichem bestehen, die mit dem Wachstum der Matrix des Oxydationsreaktionsproduktes in dieser kompatibel sind und nach der Infiltration durch das Oxydationsreaktionsprodukt eine mechanische Integrität haben, die schwächer oder mechanisch beachtlich geringer ist als die mechanische Integrität des darunterliegenden keramischen Verbundkörpers, damit die durchlässige Schicht einschließlich jedes infiltrierten Oxydationsreaktionsproduktes leicht und vorzugsweise von dem darunterliegenden Verbundstoff abgetragen oder anderweitig entfernt werden kann, ohne diesen durch Rißbildung, Lochfraß oder ähnliches zu beeinträchtigen. Die durchlässige Schicht kann auch aus jedem Material(ien), Verbindung(en) oder ähnlichen bestehen, die beim Abkühlen nach dem Verfahren Mikrorisse bilden auf Grund der Martensitphasbntransformation, die aus der Tatsache resultiert, daß die Schicht unstabHisiert ist oder während des Prozesses des Wachstums des Oxydationsreaktionsproduktes instabilisiert wird. Die Zusammensetzung der Schicht ist wesentlich von der Zusammensetzung der Vorform und der sich entwickelnden keramischen Matrix abhängig, sie kann aber auch vom Oxydationsmittel und den Verfahrensbedingungen abhängig sein. Die Materialien und die Reaktionsbedingungen werden von vornherein so gewählt, daß der Verbundstoff der infiltrierten Schicht schwächer als der angrenzende infiltrierte Füllstoffverbundstoff ist und daß die Schicht an der Grenzfläche leicht abgetrennt werden kann. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem Aluminium als Grundmetall und Luft als Oxydationsmittel eingesetzt werden, um eine Matrix aus Alpha-Aluminiumoxid zu bilden, besteht die durchlässige Schicht aus einer unstabilisierten Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Zirkondioxid, Hafnium(IV)-oxid und deren Mischungen besteht. Genauer ausgeführt, wenn die durchlässige Schicht aus unstabilisiertem Zirkoniumdioxid besteht und der Füllstoff Aluminiumoxid ist, ist die durch das Reaktionsprodukt aus Aluminiumoxid infiltrierte Schicht mechanisch schwächer als das angrenzende infiltrierte Bett und man kann leicht an der Grenzfläche durch Sandstrahlen, Polieren, Schlämmerosion oder ähnliche Verfahren von dem Bett getrennt werden.

Die durchlässige Schicht, die angepaßt im Verhältnis zur definierten Oberflächengrenze der Vorform angeordnet wird, kann jede geeignete Form oder Material haben, beispielsweise ein Überzug, eine Bettung oder ähnliches von Blättchen, Drähten, Partikulatmaterial, Pulvern, Blasen usw. sein. Geeignet sind auch Kombinationen der genannten Formen. Das Material kann mit jedem geeigneten Bindern! (el gebunden werden, um die Grünfestigkeit zu erreichen, z. B. Polyvinylalkohol oder ähnliches, wobei aber die Reaktionen der Erfindung nicht beeinträchtigt werden dürfen. Größere Partikulatstoffe können eine Siebgröße von beispielsweise 24 oder größer haben, wobei die größeren Formen besonders geeignet sind, weil sie die Tendenz aufweisen, sehr schwache Verbundstoffe zu bilden. Es kann aber auch mit feineren Größen und mit Mischungen von Siebgrößen gearbeitet werden. Das Partikulatmaterial oder die Verbindung der durchlässigen Schicht können nach bekannten oder herkömmlichen Methoden auf die Oberfläche der Vorform angepaßt oder geformt werden, beispielsweise durch Herstellung einer Aufschlämmung des Partikulatmaterials in einem organischen Lösungsmittel, Aufbringung der Aufschlämmung auf die Oberfläche und anschließende £ Abbinden des Teils, beispielsweise durch Trocknen bei höheren Temperaturen. Der resultierende selbsttragende keramische Verbundstoff als Endprodukt wird bis zu seinen Grenzen durch eine keramische Matrix infiltriert oder eingebettet, die von einem polykristallinen Material gebildet wird, das im wesentlichen aus dem Oxydationsreaktionsprodukt des Grundmetalls mit dem dampfförmigen Oxydationsmittel und, wahlweise, einem oder mehreren metallischen Bestandteilen, beis >ielsweise nichtoxydierten Bestandteilen des Grundmetalls, Dotierungsmitteln oder metallischen Bestandteilen eines reduzierbaren Oxydationsmittels, besteht. Im typischen Fall stimmen die Grenzen des Fülif'offbettos oder der Füllstoffvorform und die der polykristallinen Matrix im wesentlichen überein; einzelne Bestandteile an den Oberflächen des Bettes oder der Vorform können jedoch exponiert sein oder aus der Matrix vorstehen, und daher kann die Infiltration oder Einbettung unter Umständen den Füllstoff nicht vollständig durch die Matrix umschließen oder einkapseln. Es sollte außerdem berücksichtigt werden, daß die resultierende polykristalline Matrix Porösität aufweisen kann, die ein partieller oder annähernd vollständig Ersatz der Metallphase sein kann, der Volumenprozentsatz der Hohlräume ist jedoch vor allem von solchen Bedingungen wie Temperatur, Zeit, Typ des Grundmotalls und Dotierungskonzentrationen abhängig. Im typischen Fall sind bei diesen polykristallinen keramischen Strukturen die Kristallite des Oxydationsreaktionsproduktes in mehr als einer Dimension, vorzugsweise in drei Dimensionen, untereinander verbunden, und die Metallphase oder -phasen können zumindest teilweise untereinander verbunden sein. Das keramische Verbundprodukt der vorliegenden Erfindung hat im allgemeinen klar definierte Grenzen. So bildet die durchlässige Schicht eine Grenze des selbsttragenden keramischen Verbundstoffs und trägt zur Herstellung eines klar definierten, netzförmigen oder annähernd netzförmigen, selbsttragenden keramischen Verbundstoffs bei. Der keramische Verbundstoff, der durch Ausführung der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, ist in der Regel ein kohärentes Erzeugnis, wobei zwischen etwa 5 Vol.-% und etwa 98 Vol.-% des Gesamtvolumens des keramischen Verbunderzeugnisses aus einem oder mehreren Füllenstoffen bestehen, die bis zur definierten Oberflächengrenze der Vorform oder des Bettes mit einer polykristallinen Matrix eingebettet werden. Die polykristalline Matrix besteht in der Regel, wenn Aluminium das Grundmetall ist, zu etwa 60 Vol.-% bis zu etwa 99Vol.-% (des Volumens der polykristallinen Matrix) aus untereinander verbundenem Alpha-Aluminiumoxid und zu etwa 1 Vol.-% bis zu etwa 40Vol.-% (gleiche Basis) aus nichtoxydiorten Bestandteilen des Grundmetalls. Obwohl die vorliegende Erfindung nachstehend unter besonderer Betonung von Systemen beschrieben wird, in denen Aluminium oder eine Aluminiumlegierung als Grundmetall eingesetzt werden und Aluminiumoxid das vorgesehene Oxydationsreaktionsprodukt ist, erfolgt diese Bezugnahme nur aus exemplarischen Zwecken, und es ist davon auszugehen, daß die vorliegende Erfindung durch Anwendung der hier gemachten Offenlegungen auf andere Systeme anwendbar ist, bei denen andere Metalle wie Zinn, Silizium, Titan, Zirkonium usw. als Grundmetalle eingesetzt werden und das vorgesehene Oxydationsreaktionsprodukt dieses Metalloxid, -nitrid, -borid, -karbid oder ähnliches ist. Außerdem wird die Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf eine Vorform beschrieben, in welcher die Verbundkörper geformt werden, es ist aber davon auszugehen, daß auch ein loses Füllstoffbett, Material oder ähnliches, mit wenigstens einer definierten Oberflächengrenze versehen, für die Ausführung dieser Erfindung anw jndbar und geeignet ist. Wenn also in dieser Patentanmeldung der Begriff ,Vorform" oder .durchlässige Vorform" verwendet wird, versteht man darunter jede Masse von Füllstoff oder Füllmaterial, die für das dampfförmige Oxydationsmittel und den Prozeß des Wachstums des Oxydationsreaktionsproduktes der vorliegenden Erfindung durchlässig ist und wenigstens eine definierte Oberfläche hat.

Es wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen, um die Erfindung anhand eines Beispiels zu beschreiben. Ein Grundmetall 10 wird so in einen im wesentlichen inerten Füllstoff 12 eingebettet, daß die obere Oberfläche des Metalls im wesentlichen bündig mit der Einbettung ist. Auf die obere Fläche des Grundmetalls wird eine Vorform 14 mit einer festgelegten, geformten

Oberfläche, die generisch unter 16 gezeigt wird, aufgelegt. Auf die Oberfläche 16 wird eine durchlässige Schicht 18 aufgebracht, ohns dabei die Geometrie dieser Oberfläche zu stören oder zu beeinträchtigen. Diese Anordnung befindet sich in einem geeigneten feuerfesten Behälter 20. Man kann feststellen, daß di9 Anordnung so aufgebaut ist, daß das Wachstum oder die Entwicklung des Oxydationsreaktionsproduktes in die Vorform 14 und in einer Richtung hin zu der definierten Oberflächengrenze 16 erfolgt. Das Oxydationsreaktionsprodukt infiltriert oder schließt die Vorform und wenigstens einen Abschnitt der durchlässigen Schicht 18 ein. Die Anordnung wird in einem Ofen (nicht gezeigt) bei Vorhandensein eines dampfförmigen Oxydationsmittels auf eine höhere Temperatur erhitzt, wie das oben beschrieben wurde, so daß das polykristalline koramische Wachstum die Vorform über die definierte Oberflächengrenze 16 hinaus und in wenigstens einen Abschnitt der durchlässigen Schicht 18 infiltriert, ohne die Vorform 14 wesentlich zu beeinträchtigen oder zu verschieben, um einen keramischen Zwischenkörper herzustellen. Der keramische Zwischenkörper besteht aus einer keramischen Schicht (der durch das polykristalline keramische Wachstum infiltrierten Schicht), die über einem keramischen Verbundkörper (der durch das polykristalline Keramische Wachstum infiltrierten Vorform) besteht. Die keramische Schicht hat eine mechanische Integrität, die schwächer oder mechanisch wesentlich geringer ist als die mechanische Integrität des keramischen Verbundkörpers, und die keramische Schicht kann, beispielsweise durch Sandstrahlen usw., vom keramischen Verbundkörper entfernt werden, ohne die mechanische Integrität oder Struktur des letzteren zu beeinträchtigen. Im typischen Fall läßt man den keramischen Zwischenkörper abkühlen, beispielsweise durch Entnahme der Anordnung aus dem Ofen, bevor die keramische Schicht von dem darunterliegenden keramischen Verbundkörper abgenommen wird. Nach der Entfernung der keramischen Schicht längs der definierten Oberflächengrenzo 16 ist das resultierende keramische Produkt ein selbsttragender keramischer Verbundstoff mit der definierten Oberfläche, die durch die durchlässige Schicht 18 bestimmt ist. Beim Verfahren der vorliegenden Erfindung ist das dampfförmige Oxydationsmittel normalerweise unter Verfahrensbedingungen gasförmig oder dampfförmig, um eine oxydierende Atmosphäre zu schaffen, beispielsweise atmosphärische Luft. Zu den typischen dampfförmigen Oxydationsmitteln gehören beispielsweise Elemente oder Verbindungen der folgenden oder Kombinationen von Elementen oder Verbindungen der folgenden, einschließlich flüchtiger oder verdampfbarer Elemente, Verbindungen oder Bestandteile von Verbindungen oder Gemischen: Sauerstoff, Stickstoff, ein Halogen, Schwefel, Phosphor, Arsen, Kohlenstoff, Bor, Selen, Tellur und deren Verbindungen und Kombinationen, beispielsweise Methan, Ethan, Propan, Azetylen, Ethylen, Propylen (Kohlenwasserstoff als Kohlenstoffquelle) und solche Gemische wie Luft, H₂/H₂O und CO/CO₂, wobei die beiden letzteren (d. h., H₂/H₂O und CO/CO₂) bei der Reduzierung von Sauerstoff (einschließlich Luft) von Nutzon sind, wobei in der Regel Luft aus offensichtlichen Gründen der Wirtschaftlichkeit bevorzugt wird. Wenn ein dampfförmiges Oxydationsmittel als ein bestimmtes Gas oder einen Dampf enthaltend oder daraus bestehend identifiziert wird, versteht man darunter ein dampfförmiges Oxydationsmittel, bei welchem das identifizierte Gas oder der Dampf der einzige, vorherrschende oder wenigstens ein signifikanter Oxydator des Grundmetalls unter den Bedingungen ist, die in der angewendeten oxydierenden Umgebung herrschen. Obwohl beispielsweise der Hauptbestandteil von Luft Stickstoff ist, ist der Sauerstoffgehalt der Luft normalerweise der einzige Oxydator des Grundmetalls unter den Bedingungen, die in der angewendeten oxydierenden Umgebung herrschen. Luft gehört damit in die Definition eines Oxydationsmittels, das ein „sauerstoffhaltiges Gas" ist, nicht aber in die Definition eines Oxydationsmittels, das ein »stickstoffhaltiges Gas" ist. Ein Beispiel für ein als Oxydationsmittel verwendetes .stickstoffhaltiges Gas" nach der vorliegenden Definition ist in der Beschreibung und in den beigefügten Patentansprüchen ,Formiergas", das im typischer. Fall zu etwa 96Vol.-% aus Stickstoff und zu etwa 4 Vol.-% aus Wasserstoff besteht.

Das Oxydationsmittel kann auch ein festes Oxydationsmittel und/oder ein flüssiges Oxydationsmittel einschließen, das unter den Verfahrensbedingungen ein fester Stoff oder eine Flüssigkc. ist. Das feste Oxydationsmittel und/oder das flüssige Oxydationsmittel wird in Kombination mit dem dampfförmigen Oxydationsmittel eingesetzt. Wenn ein festes Oxydationsmittel eingesetzt wird, ist es h der Regel im gesamten Füllstoffbett oder der Vorform oder in einem Abschnitt des Füllstoffbettes oder der Vorform im Anschluß an das Grundmetall ir; Partikulatform dispergiert oder diesem beigemischt oder vielleicht als Überzug auf die Teilchen des Bettes oder der Vorform aufgebracht. Jedes geeignete feste Oxydationsmittel kann eingesetzt werden, einschließlich Elemente wie Bor oder Kohlenstoff oder reduzierbarer Verbindungen wie Oxiden, Karbiden, Boriden mit geringerer thermodynamischer Stabilität als die Oxid· oder Borid-Roaktionsprodukte des Grundmetalls. Wenn ein flüssiges Oxydationsmittel in Verbindung mit dem dampfförmigen Oxydationsmittel eingesetzt wird, kann es in dem gesamten Füllstoffbett oder der Vorform oder in einem Abschnitt davon im Anschluß an das Grundmetall dispergiert sein, vorausgesetzt, daß dieses flüssige Oxydationsmittel nicht den Zugang des flüssigen Metalls zum dampfförmigen Oxydationsmittel blockiert. Wenn auf ein flüssiges Oxydationsmittel verwiesen wird, versteht man darunter ein Oxydationsmittel, das unter den Bedingungen der Oxydationsreaktion flüssig ist, so kann also ein flüssiges Oxydationsmittel einen festen Vorläufer haben, beispielsweise ein Salz, das unter den Bedingungen der Oxydatiorisreaktion geschmolzen oder flüssig wird. Alternativ dazu kann das flüssige Oxydationsmittel einen flüssigen Vorläufer haben, z. B. eine Lösung eines Materials, das zum Überziehen eines Teils oder der gesamten porösen Oberflächen des Füllstoffbettes oder der Vorform verwendet wird und das bei Verfahrensbedingungen geschmolzen oder zersetzt wird, um eine geeignete Oxydationsmittelkomponente zu schaffen. Zu den Beispielen für flüssige Oxydationsmittel nach der vorstehenden Definition gehören niedrigschmelzende Gläser.

Die Vorform sollte ausreichend porös oder durchlässig sein, damit das dampfförmige Oxydationsmittel die Vorform durchdringen und das Grundmetall kontaktieren kann. Die Vorform sollte auch ausreichend durchlässig sein, um das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes in der Vorform aufnehmen zu können, ohne die Konfiguration oder Geometrie der Vorform wesentlich zu stören, zu beeinträchtigen oder anderweitig zu ändern. Wonn die Vorform ein festes Oxydationsmittel und/oder ein flüssiges Oxydationsmittel einschließt, das zusammen mit dem dampfförmigen Oxydationsmittel vorhanden ist, sollte die Vorform ausreichend porös sein, um das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes, das aus dem festen und/oder flüssigen Oxydationsmittel resultiert, zu ermöglichen und aufzunehmen. Es ist davon auszugehen, daß der Begriff „Vorform" oder .durchlässige Vorform", wann immer er hier gebraucht wird, eine durchlässige Vorform bezeichnet, welche die oben genannte Porösität und/oder Durchlässigkeitse'genschaften aufweist, wenn nicht anderes angegeben wird.

Die durchlässige Vorform kann auf jede gewünschte, festgelegte Größe und Form nach herkömmlichen Methoden gebracht oder in diese geformt werden, beispielsweise durch Schlickerguß, Spritzguß, Spritzpressen, Vakuumformen oder eine andere Methode, durch Verarbeitung von geeigneten Material(ien), die an anderer Stelle genauer identifiziert und beschrieben wenden. Zur durchlässigen Vorform können, wie das bereits erwähnt wurde, ein festes Oxydationsmittel und/oder ein flüssiges Oxydationsmittel gehören, die in Verbindung mit einem dampfförmigen Oxydationsmittel als Oxydationsmittel eingesetzt werden. Die durchlässige Vorform sollte mit wenigstens einer Qberflächengrenze und so hergestellt worden, daß eine signifikante Formintegrität und Grünfestigkeit sowie Dimensionstreue erhalten bleiben, nachdem sie durch die keramische Matrix infiltriert und eingebettet wurde. Die durchlässige Vorform sollte jedoch ausreichend durchlässig sein, um das wachsende, polykristalline Oxydationsreaktionsprodukt aufnehmen zu können. Die durchlässige Vorform sollte auch durch das Grundmetall benetzbar sein und eine solche Konsistenz haben, daß das polycristalline) Oxydationsreaktionsprodukt sich daran binden oder haften kann und in der Vorform, um einen keramischen Verbundstoff von hoher Integrität und klar definierten Grenzen zu schaffen.

Die Vorform kann jede Große oder Form haben, solange sie die Metallfläche des Grundmetalls berührt oder an dieser anliegt oder in ausgedehntem Oberflächenkontakt mit dieser ist und wenigstens eine Oberflächengrenze mit einer darüberliegenden, durchlässigen Schicht iiat, welche ein Endziel für das wachsende polykristalline Matrixmaterial darstellt. Beispielsweise kann die Vorform die Form einer Halbkugel haben, deren flache Oberflächengrenze mit der Grundmetalloberfläche in Kontakt ist, während die kuppeiförmige Oberflächengrenze die definierte Oberflächengrenze darstellt, bis zu der das poly kristalline Matei ial wachsen darf; oder die Vorform kann Würfelform haben, wobei eine quadratische Oberflächengrenze die Metalloberfläche des Grundmetalls berührt und die übrigen fünf quadratischen Oberflächengrenzen die Zielpunkte für die wachsende polykristalline Matrix sind. Eine Matrix des polykristallinen Materials, die aus dem Oxydationsreaktionsprodukt resultiert, wächst einfach in die durchlässige Vorform und in die Schicht hinein, urn do die Vorform bis zur definierten Oberflächengrenze zu infiltrieren und einzubetten und wenigstens teilweise die angepaßt angeordnete durchlässige Schicht zu infiltrieren, ohne die durchlässige Vorform wesentlich zu stören oder zu verschieben.

Die durchlässige Vorform dieser Erfindung kann aus jedem geeigneten Material bestehen, beispielsweise keramischen und/oder Metallpartikulatstoffen, Pulvern, Fasern, Whiskern, Drähten, Teilchen, Hohlkörpern oder Kugeln, Drahtgewebe, massiven Kugeln usw. und deren Kombinationen. Die Vorformmaterialten können aus einer losen oder einer gebundenen Anordnung oder einem entsprechenden Aufbau bestehen, wobei diese Anordnung Zwischenräume, Öffnungen, dazwischenliegende Räume oder ähnliches hat, um die Vorform durchlässig für das Oxydationsmittel und die Infiltration des flüssigen Grundmetalls zu machen, damit das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes möglich ist, ohne daß die Konfiguration der Vorform geändert wird. Die Vorform kann ein Gitter von Bewehrungsstäben, -stangen, -röhrchen, rohren, -blechen, -drähten, -kugeln oder anderen Partikulatstoffen einschließen, ebenso Drahtgewebe, feuerfestes keramisches Gewebe und ähnliches oder eine Kombination der vorstehend genannten Elemente, vorgeordnat in der gewünschten Form. Außerdem können die Stoffe der Vorform homogen oder heterogen sein. Die geeigneten Stoffe der Vorform können, wie beispielsweise keramische Pulver oder Partikulatstoffe, durch ein geeignetes Bindemittal miteinander verbunden werden, welches die Reaktionen dieser Erfindung nicht beeinträchtigt und keine unerwünschten Restnebenprodukte in dem keramischen Verbundprodukt hinterläßt. Geeignete Partikulatstoffe wie Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid können eine Korngröße zwischen etwa 10 und 1000 oder kleiner haben, oder es kann mit einer Mischung von Korngrößen und -typen gearbeitet werden. Das Partikulatmaterial kann nach bekannten oder herkömmlichen Methoden geformt werden, beispielsweise durch Herstellung einer Aufschlämmung des Partikulatmaterials in einem organischen Bindemittel, Gießen der Aufschlämmung in einer Form und anschließendes Abbinden der Form, beispielsweise durch Trocknen oder Härten bei einer erhöhten Temperatur.

Jede Zahl geeigneter Stoffe kann für die Bildung und Herstellung der Vorform oder des Füllstoffbettes eingesetzt werden. Zu diesen geeigneten Stoffen gehören die, welche unter den Temperatur- und Oxydationsbedingungen des Verfahrens nicht flüchtig sind, thermodynamisch stabil sind und nicht mit dem flüssigen Grundmetall reagieren oder sich übermäßig in diesem auflöson. Einige brauchbare Füllstoffe können mit einem Schutzüberzug versehen werden, um das Material stabil zu machen und unerwünschte Reaktionen zu vermeiden. Wenn Aluminium das Grundmetall und Luft oder Sauerstoff der Oxydator sind, gehören zu diesen Stoffen beispielsweise die Metalloxide, -boride, -nitride und -karbide von Aluminium, Zereium, Hafnium, Lanthan, Praseodym, Samarium, Zirkonium und höhere Metallverbindungen wie Magnflsiumaluminatspinelle und beschichtete Kohlefasern. Bestimmte dieser Bestandteile müssen mit einem Oxydationsschutzüberzug versehen werden, um den oxydierenden Bedingungen des Verfahrens standhalten zu können. In einem solchen Fall muß der Überzug mit der Entwicklung der Matrix kompatibel sein.

Eine bei der Ausführung dieser Erfindung eingesetzte Vorform kann als einzelne Vorform oder als eine Kombination von Vorformen zur Bildung komplizierterer Formen eingesetzt werden. Es wurde festgestellt, daß das polykristalline Matrixmaterial durch aneinandergrenzende, benachbarte Abschnitte oiner Vorformkombination wachsen kann, um die aneinanderliegenden Vorformen zu einem einheitlichen oder integralen keramischen Verbundstoff zu verbinden. Die Anordnung von Vorformen, die an der (den) Oberfläche(n) eine durchlässige Schicht trägt, wird so angeordnet, daß die Wachstumsrichtung des Oxydationsreaktionsproduktes hin zur und in die Anordnung von Vorformen erfolgt, um die Anordnung zu infiltrieren und einzubetten, und bis zu der durchlässigen Schicht, wodurch die Vorformen miteinander verbunden werden. Auf diese Weise können komplexe und geformte keramische Verbundkörper als integraler Körper geformt werden, die nach herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht herstellbar waren. Es ist davon auszugehen, daß der Begriff .Vorform" in seiner vorliegenden Anwendung eine Vorform oder eine Anordnung von Vorformen einschließt (wenn nichts anderes angegeben wird), die letztlich zu einem integralen Verbundstoff verbunden werden können.

Als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Zusatz von Dotierungsstoffen in Verbindung mit dem Grundmetall den Oxydationsreaktionsprozeß günstig beeinflussen oder fördern. Die Funktion oder Funktionen der Dotierungssubstanzen können von einer Reihe anderer Faktoren als dem eigentlichen Dotierun^sstoff abhängig sein. Zu diesen Faktoren gehören beispielsweise das besondere Grundmetall, das gewünschte Endprodukt, die besondere Kombination von Dotierungsstoffen, wenn zwei oder mehr Dotierungsstoffe eingesetzt werden, die Anwendung eines äußerlich aufgebrachten Dotierungsmittels in Verbindung mit einem legierten Dotierungsmittel, die Konzentration des Dotierungsmittels, die oxydierende Umgebung und die Verfahrensbedingungen.

Das oder die Dotierungssubstanzen, die in Verbindung mit dem Grundmetall eingesetzt werden, können 1. als Legierungsbestandteile des Grundmetalls aufgebracht werden, 2. auf wenigstens einen Abschnitt des Grundmetalls aufgebracht werden oder 3. auf das Füllstoffbeet odor die Vorform oder einen Teil davon aufgebracht werden, ζ B. die Stützzone der Vorform, oder es kann mit jeder Kombination von zwei oder mehr Methoden 1., 2. und 3. gearbeitet werden. Beispielsweise kann ein legiertes Dotierungsmittel zusammen mit einem äußerlich aufgebrachtem Dotierungsmittel eingesetzt werden. Bei der 3. Methode, bei welcher ein oder mehrere Dotierungsmittel auf die Vorform oder das Füllstoffbett aufgebracht werden, kann die Aufbringung auf jede geeignete Weise erfolgen, beispielsweise durch Dispersion der Dotierungsmittel in einem Teil der Gesamtmasse dir Vorform als Überzug oder in Partikulatform, vorzugsweise einschließlich wenigstens eines Abschnitts der Vorform im Anschluß an das Grundmetall. Die Aufbringung jedes Dotierungsmittels auf den Füllstoff kann auch durch Aufbringung einer Schicht aus einem oder mehreren Dotierungsmitteln auf und in die Vorform, einschließlich deren Innenöffnungen, Zwischenräume, Durchgänge, zwischenliegenden Räumen oder ähnlichen Elementen, welche diese durchlässig machen, erfolgen. Eine geeignete Methode, eine der Dotierungssubstanzen aufzubringen, besteht einfach darin, den anzuwendenden Füllstoff in einer flüssigen Quelle (z. B. einer Lösung) der Dotierungssubstanz zu tränken. Eine Quelle für eine Dotierungssubstanz kann auch dadurch geschaffen werden, daß ein starrer Körper der Dotierungssubstinz in Kontakt mit und zwischen wenigstens einen Abschnitt der Grundmetalloberfläche und der Vorform gebracht wird. Beispielsweise kann eine dünne Scheibe siliziumdioxidhaltigen Glases (geeignet als Dotierungssubstanz für die Oxydation eines Aluminiumgrundmetalls) auf eine Oberfläche des Grundmstalls gelegt werden. Wenn das Aluminiumgrundmetall (das innen mit Mg dotiert sein kann), überlagert durch das siliziumhaltige Material, in einer oxydierenden Umgebung geschmolzen wird (beispielsweise bei Aluminium in Luft zwischen etwa 850⁰C und etwa 145O⁰C, vorzugsweise zwischen etwa 900⁰C und etwa 1350⁰C), erfolgt das Wachstum des polykristallinen keramischen Matrixmaterials in dis durchlässige Vorform. In dem Fall, daß das Dotierungsmittel äußerlich auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche des Grundmetalls aufgebracht wird, wächst das polykristalline Oxidmaterial im allgemeinen innerhalb der durchlässigen Vorform im wesentlichen jenseits der Dotierungsschicht (d. h., bis über die Tiefe der aufgebrachten Dotierungss jhicnt hinaus). Auf jeden Fall können ein oder mehrere Dotierungssubstanzen äußerlich auf die Grundmetalloberfläche und/oder die durchlässige Vorform aufgebracht worden. Zusätzlich können Dotierungssubstanzen, die in das Grundmetall legiert sind und/oder äußerlich auf das Grundmetall aufgebracht wurden, verstärkt werden durch Dotierungssubstanzen, die auf die obengenannten Formen aufgebracht worden. Auf diese Weise können alle Konzentrationsmängel von Dotierungssubstanzen, die in das Grundmetall legiert und/oder außen auf das Grundmetall aufgebracht wurden, ausgeglichen werden durch eine zusätzliche Konzentration des (der) entsprechenden Dotierungsmittel(s), das (die) auf dio Vorform aufgebracht wird (werden) oder umgekehrt.

Zu den geeigneten Dotierungssubstanzen für ein Aluminiumgrundmefill, besonders mit Luft als dem Oxydationsmittel, gehören beispielsweise Magnesiummetall und Zinkmetall, in Kombination miteinander oder in Kombination mit anderen Dotierungssubstanzen, wie das unten beschrieben wird. Diese Metalle oder eine geeignete Quelle für diese Metalle können in das Grundmetall auf Aluminiumbasis in Konzentrationen zwischen jeweils etwa 0,1 und 10Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des resultierenden dotierten Metalls, legiert werden. Konzentrationen innerhalb dieses Bereichs scheinen das keramische Wachstum zu initiieren, den Metalltransport zu verstärken und die Wachstumsmorphologie des resultierenden Oxydationsreaktionsproduktes günstig zu beeinflussen. Die Konzentration jedes einzelnen Dotierungsmittels ist von solchen Faktoren wie Kombination der Dotierungsmittel und Verfahrenstemperatur abhängig.

In Abhängigkeit von den Umständen können, wie oben erklärt wurde, eine oder mehrere Dotierungssubstanzen eingesetzt werden. Beispielsweise gehören bei einem Aluminiumgrundmetall und Luft als dem Oxydationsmittel zu den besonders geeigneten Kombinationen von Dotierungsmitteln a) Magnesium und Silizium oder b) Magnesium, Zink und Silizium. Bei diesen Beispielen liegt die bevorzugte Magnesiumkonzentration im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 3Gew.-%, die für Zink im Bereich von etwa 1 bis etwa 6Gew.-% und die für Silizium im Bereich von etwa 1 bis etwa 10Gew.-%.

Zu den weiteren Beispielen von Dotierungssubstanzen, die für Aluminiumgrundmetall geeignet sind, gehören Natrium, Lithium, Kalzium, Bor, Phosphor und Yttrium, die einzeln oder in Kombination miteinander oder mit anderen Dotierungsmitteln, in Abhängigkeit von Oxydationsmittel und den Verfahrensbedingungen, eingesetzt werden können. Natrium und Lithium können in sehr kleinen Mengen, im Bereich von Teilchan/Mill., im typischen Fall von etwa 10C ' a 200 Teilchen je Mill., eingesetzt werden, und sie können jeweils allein oder zusammen oder in Kombination mit anderen Dotierungsmittel(n) eingesetzt werden. Auch Seltenerdelemente wie Zer, Lanthan, Praseodym, Neodym und Samarium sind geeignete Dotierungssubstanzen, auch in diesem Fall insbesondere dann, wenn sie in Kombination mit anderen Dotierungssubstanzen eingesetzt werden. Wie oben ausgeführt wurde, ist es nicht notwendig, die Dotierungssubstanz in das Grundmetall zu legieren. Beispielsweise ermöglicht die selektive Aufbringung eines oder mehrerer Dotierungsstoffe in einer dünnen Schicht auf entweder die gesamte Oberfläche des Grundmetalls oder einen Teil davon das lokale keramische Wachstum aus dem Grundmetall oder deren Abschnitten und bietet sich an für das Wachstum des polykristallinen keramischen Materials in die ausgewählten Abschnitte der durchlässigen Vorform. Auf diese Weise kann das Wachstum des polykristallinen keramischen Matrixmaterials in die durchlässige Vorform kontrolliert werden durch die lokalisierte Aufbringung der Dotierungssubstanz auf die Oberfläche des Grundmetalls. Der aufgebrachte Überzug oder die Schicht der Dotierungssubstanz ist dünn im Verhältnis zur Stärke des Grundmetallkörpers, und das Wachstum oder die Bildung des Oxydationsreaktionsproduktes in der durchlässigen Vorform erfolgt wesentlich über die Dotierungsschicht hinaus. Eine solche Schicht des Dotierungsstofi'es kann durch Streichen, Tauchen, Siebdruck, Bedampfen oder eine andore Form der Aufbringung der Dotierungssubstanz in Flüssig· oder Pastenform oder durch Aufstäuben aufgebracht werden, oder es wird einfach eine Schicht des Dotierungsmittels in Form eines festen Partikulatmaterials oder eine feste, dünne Schicht oder ein Film des Dotierungsmittels auf die Oberfläche des Grundmetalls aufgebracht. Die Dotierungssubstanzen können organische oder anorganische Bindemittel, Vehikel, Lösungsmittel und/oder Aridickungsmittel einschließen, müssen sie aber nicht aufweisen. Vorzugsweise werden die Dotieru igssubstanzen als Pulver auf die Oberfläche des Grundmetalls aufgebracht oder in wenigstens einem Abschnitt des Füllstoffs dispergieit. Eine besonders bevorzugte Methode bei der Aufbringung der Dotierungssubstanzen auf die Grundmetalloberfläch. .st die Verwendung einer flüssigen Suspension der Dotierungssubstanzen in einem Gemisch aus Wasser und organischem Bindemittel, das auf die Grundmetalloberfläche aufgespritzt wird, um einen anhaftenden Überzug zu erhalten, welcher die Handhabung dos dotierten Grundmetalls vor der Verarbeitung erleichtert.

Wenn die Ootierur.gssubstanzen äußerlich eingesetzt werden, werden sie in der Regel als einheitliche Schicht auf einen Abschnitt der Oberfläche des Grundmetafls aufgebracht. Dia Menge der Ootiei ungssubstanz im Verhältnis zur Menge des Grundmetalls ist Ober einen weiteren Bereich wirksam, und bei Aluminium ist es nicht gelungen, durch Experimente anwendbare über- oder Untergrenzen zu ermitteln. Wird beispielsweise Silizium un Fon ο von Siliziumdioxid, das äußerlich als Dotierungssubstanz für ein Aluminium-Magnesium-Grundmetall unter Verwendung von Luft oder Sauerstoff als Oxydationsmittel aufgebracht wird, eingesetzt, reichen so geringe Mengen wie 0,00003g Silizium je g Grundmetall oder etwa 0,0001 g Silizium je cm² der exponierten Grundmetalloberfläche, zusammen mit einer zweiten Dotierungssubstanz mit einer Magnesium- und/oder Zinnquelle, aus, um das Phänomen tiis polykristallinen keramischen Wachstums auszulösen. Außerdem wurde festgestellt, daß man aus einem Grundmetall auf Aluminiumbasis mit Luft odor Sauerstoff als dem Oxydationsmittel eine keramische Struktur erhalten kann, wenn man MgO als ein Dotierungsmittel in ainer Menge von mehr als etwa 0,0008g Mg je g des zu oxydierenden Grundmetalls und von mehr als etwa 0,003g Mg je cm² der Grundmetalloberfläche, auf weiche das MgO aufgebracht wird, verwendet. Es hat den Ans-nein, daß bis zu einem gewissen Grad eine Steigerung der Menge der Dotierungssubstanzen die Reaktionszeit verringert, die zur Herstellung des keramischen Verbundstoffes erforderlich ist, das ist aber von solchen Faktoren wie Typ der Dottarungssubstanz, Grundmetr.il und Reaktionsbedingungen abhängig. Wenn das Grundmetall Aluminium ist, das innen mit Magnesium dotiert wurde, und wenn daa oxydierende Medium Luft oder Sauerstoff ist, konnte beobachtet werden, daß Magnesium bei Temperaturen zwischen etwa 820°C und etwa 9SO⁰C zumindest teilweise aus dar Legierung heraustapiert wird. In diesen Fällen von magnosiumdotierten Systemen bildet das Magnesium 6in Magnesiumoxid und/oder eine Magnesiumaluminat 'hellphase an dar Oberfläche der flüssigen Aluminiumlegierung, und während des Wachstumsprozesses bleiben diese Mf nesiumverbindungen vor allem an der Anfangsoxidfläche der Grundmetallegierung (d. h., der „Initiierungsfläche") ι der wachsenden keramischen Struktur. Folglich wird in diesen magnesiumdotierten Systemen, abgesehen von einer verhältnismäßig dünnen Schicht von Magnesiumaluminatspinell an der Initiierungsfläche, eine Struktur auf der Basis von Aluminiumoxid geschaffen. Wenn das gewünscht wird, kann diese initiierungsfläche leicht entfernt werden, beispielsweise durch Sandstrahlen, maschinelles Bearbeiten, Polieren oder Schleifen. Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels weiter veranschaulicht.

Beispiel

Ein Block aus Aluminiumlegierung, tier 5Gew.-% Silizium, 3Gew.-% Magnesium, 91,7Gew.-% Aluminium, der Rest Verunreinigungen enthält und 25,4mm stark, 22,225mm breit und 203,2mm lang ist, wird waagerecht auf eine Schicht von relativ inertem Material aus Tonerde, Maschengröße 100 gelegt, das sich in einem Schmelztiegel befindet. Anschließend wird der Block mit einer Vorform bedeckt, die eine definierte Oberflächengrenze hat. Die Vorform kann nach einem herkömmlichen Schlickergußverfahren hergestellt werden und wird aus einer Aufschlämmung gemacht, die zu 47,6% Aluminiumoxidteilchen, (Maschengröße 1000), zu 23,7% Kaolinerde, (98% mit einer Teilchengröße unter 20Mm) und 28,5% Wasser besteht, einheitlich gemischt und in eine Form aus jdbranntem Gips gegossen wird, weiche die gewünschte Geometrie dor Vorform hat. Die Schmelztiegelvorform wird etwa 20min gegossen, Dei SO⁰C getrocknet und dann 30min bei 700⁰C in Luft vorgebrannt. Die Vorform wird mit Zirkondioxid, beispielsweise Maschengröße 24, an der definierten Oberilächangrenze bis zu ainer Tiefe von etwa 76,2 mm bedeckt. Die Anordnung wird in einen Ofen gegeben (der belüftet wird, um den Luftstrom zu ermöglichen), der eine Temperatur von 1000⁰C aufweist, und bleibt dort 96 Stunden, um einen keramischen Verbundkörper horzustellen, der von einer Zirkoniumdioxidschicht überlagert wird, die durch das Oxydationsreektionsprodukt infiltriert wurde. Die Schicht aus Zirkoniumdioxid hat eine geringere mechanische Integrität als de,- keramische Verbundkörper. Ntch dem Abkühlen wird die Schicht aus Zirkoniumdioxid du'/ch Sandstrahlen entfernt, um einen selbsttragenden keramischen Verbundstoff mit der definierten Oberflächengrenze zu schaffen, die durch die Schicht aus Zirkoniumdioxid definiert und bestimmt wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundstoffs, der aus einer Füllstoffmasse besteht, die durch eine keramische Matrix infiltriert ist, welche durch die Oxydation eines Grundmetalls gewonnen wurde, um eine polykristalline Matrix zu schaffen, die im wesentlichen besteht aus dem Oxydationsreaktionsprodukt des Grundmetalls mit einem oder mehreren Oxydationsmitteln, einschließlich des dampfförmigen Oxydationsmittels, und, wahlweise, einem oder mehreren metallischen Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:

(A) das Erhitzen eines Grundmetalls auf eine Temperatur über dessen Schmelzpunkt, aber unter dem Schmelzpunkt des Oxydationsreaktionsproduktes zur Bildung eines Körpers aus flüssigem Metall;

(B) Herstellen eines Flächenkontaktes zwischen dem Körper aus flüssigem Metall und einer durchlässigen Masse aus Füllmaterial, das wenigstens eine Oberfläche hat, die eine Schicht trägt, welche a) im wesentlichen der Geometrie der Oberfläche angepaßt ist, b) für das dampfförmige Oxydationsmittel durchlässig ist und c) für die Infiltration durch das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes durchlässig ist, wobei die Schicht zumindest teilweise von der Kontaktfläche getrennt ist, so daß die Bildung des Oxydationsreaktionsproduktes in die Masse des Füllstoffes und in einer Richtung hin zu der und wenigstens teilweise in die Schicht erfolgt; und bei der Temperatur

(i) Reaktion des flüssigen Metalls mit dem Oxydationsmittel zur Bildung eines Oxydationsreaktionsproduktes,

(ii) Aufrechterhaltung des Kontaktes zwischen wenigstens einem Abschnitt des Oxydationsreaktionsproduktes und dem flüssigen Metall und dem Oxydationsmittel, um progressiv flüssiges Metall durch das Oxydationsreaktionsprodukt hin zum Oxydationsmittel zu transportieren, so daß sich das Oxydationsreaktionsprodukt weiter an der Grenzfläche zwischen dem Oxydationsmittel und dem vorher gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt bildet, welches die Masse an Füllstoff infiltriert hat, um einen keramischen Verbundkörper herzustellen, und (iii) Weiterführung der Reaktion, um wenigstens einen Teil der Schicht mit dem Oxydationsreaktionsprodukt zu infiltrieren, um eine keramische Schicht zu bilden, welche den keramischen Verbundkörper überlagert, wobei die keramische Schicht dazu dient, einen selbsttragenden keramischen Verbundstoff zu schaffen, dessen Oberfläche durch die Schicht bestimmt wird;

(C) die Entfernung der keramischen Schicht von wenigstens einem Abschnitt der Oberfläche, um einen selbsttragenden keramischen Verbundkörper zu schaffen, dessen Oberfläche durch die Schicht bestimmt wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundstoffs von gewünschter Form, bestehend aus einer Vorform, die durch eine keramische Matrix infiltriert wird, welche durch die Oxydation eines Grundmetalls gewonnen wird, um eine polykristalline Matrix zu bilden, die im wesentlichen besteht aus dem Oxydationsreaktionsprodukt des Grundmetalls mit einem oder mehreren Oxydationsmitteln, einschließlich eines dampfförmigen Oxydationsmittels, und, wahlweise einem oder mehreren metallischen Bestandteilen, gekennzeichnet dadurch, daß es dia folgenden Schritte umfaßt:

(A) Erhitzen eines Grundmetalls auf eine Temperatur über dessen Schmelzpunkt, aber unter dem Schmelzpunkt des Oxydationsreaktionsproduktes zur Bildung eines Körpers aus flüssigem Metall;

(B) Schaffung einer geformten Vorform, bei der wenigstens eine Oberfläche eine Schicht trägt, die a) im wesentlichen der Geometrie der genannten Oberfläche angepaßt ist, b) durchlässig für das genannte dampfförmige Oxydationsmittel ist und c) durchlässig für die Infiltration durch das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes ist, wobei die Vorform auch durchlässig für die Infiltration durch das Oxydationsreaktionsprodukt ist;

(C) Ausrichtung der Vorform im Verhältnis zu dem Körper aus flüssigem Metall, so daß die Bildung des Oxydationsreaktionsproduktes in die Vorfori ι und in einer Richtung hin zu der Oberfläche und in wenigstens einen Teil der Schicht erfolgt; und bei der Temperatur

(i) Reaktion des flüssigen Metalls mit dem Oxydationsmittel, um das Oxydationsreaktionsprodukt zu bilden;

(ii) Aufrechterhaltung des Kontaktes zwischen wenigstens einem Abschnitt des Oxydationsreaktionsproduktes und dem flüssigen Metall und dem Oxydationsmittel, um progressiv flüssiges Metall durch das Oxydationsreaktionsprodukt hin zum Oxydationsmittel zu transportieren, so daß sich das Oxydationsreaktionsprodukt weiter an der Grenzfläche zwischen dem Oxydationsmittel und dem vorher gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt, das die Vorform infiltriert hat, bildet;

(iii) Wetterführung der Reaktion, um wenigstens einen Abschnitt der Schicht durch das Oxydationsreaktionsprodukt zu infiltrieren, um eine keramische Schicht zu bilden, die wenigstens einen Abschnitt der infiltrierten Vorform überlagert, wobei die keramische Schicht eino geringere mechanische Integrität als die infiltrierte Vorform aufweist, und (D) Entfernen der keramischen Schicht von der Oberfläche, um einen selbsttragenden keramischen Verbundstoff mit der Konfiguration der Vorform und der Oberfläche, die durch die Schicht gebildet wird, zu schaffen.

3. Verfahren für die Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundstoffs von gewünschter Form, bestehend aus einer Vorform, die durch eine keramische Matrix infiltriert wird, welche durch die Oxydation eines Aluminiumgrundmetalls gewonnen wurde, um eine polykristalline Matrix zu bilden, die im wesentlichen besteht aus einem Aluminiumoxidoxydationsreaktionsprodukt des Aluminiumgrundmetalls mit einem Oxydationsmittel, einschließlich eines sauerstoffhaltigen, dampfförmigen Oxydationsmittels und, wahlweise, einem oder mehreren metallischen Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, daß es Schritte umfaßt:

(A) Erhitzen eines Aluminiumgrundmetalls auf eine Temperatur zwischen etwa 85O⁰C und etwa 145O⁰C, um einen Körper aus flüssigem Metall zu bilden;

(B) Schaffung einer geformten Vorform mit wenigstens einer Oberfläche, welche eine Schicht trägt, die a) im wesentlichen der Geometrie der genannten Oberfläche angepaßt ist, b) durchlässig für das genannte dampfförmige Oxydationsmittel ist und c) durchlässig für die Infiltration durch das Wrchstum des Oxydationsreaktionsproduktes ist, wobei die Vorform auch durchlässig für die Infiltration durch ein Aluminiumoxidoxydationsreaktionsprodukt des genannten Aluminiumgrundmetalls mit einem Oxydationsmittel, einschließlich eines sauerstoffhaltigen, dampfförmigen Oxydationsmittels, ist;

(C) Ausrichtung der Vorform im Verhältnis zu dem Körper ausflüssigem Metall, so daß die Bildung des Aluminiumoxidoxydationsreaktionsproduktes in die Vorform und in einer Richtung hin zu der Obei fläche und wenigstons teils in die Schicht erfolgt, und bei der Temperatur

(i) Reaktion des flüssigen Metalls mit dem Oxydationsmittel, um das Aluminiumoxidoxydationsreaktionsprodukt zu bilden;

(ii) Aufrechterhaltung des Kontaktes zwischen wenigstens einem Abschnitt des Aluminiumoxidoxydationsreaktionsproduktes und dem flüssigen Metall und dem Oxydationsmittel, um progressiv flüssiges Metall durch das Aluminiumoxidoxydationsreaktionsproduktzu dem Oxydationsmittel zu transportieren, so daß sich das Aluminiumoxidoxydationsreaktionsprodukt weiter an der Grenzfläche zwischen dem Oxydationsmittel und dem vorher gebildeten Alumin loxidoxydationsreaktionsprodukt, welches die Vorform infiltriert hat, bildet;

(iii) Weiterführung der Reaktion, um wenigestens ein Abschnitt der Schicht durch das Oxydationsreaktionsprodukt zu infiltrieren, um eine keramische Schicht zu schaffen, die wenigstens einen Abschnitt der infiltrierten Vorform überlagert, wobei die keramische Schicht eine geringere mechanische Integrität als die infiltrierte Vorform aufweist;

(D) Entfernung der keramischen Schicht von der Oberfläche, um einen selbsttragenden keramischen Verbundstoff mit einer Konfiguration wie die Vorform und die Oberfläche, welche durch die Schicht bestimmt wird, zu schaffen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff aus Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1; 2; 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem Material besteht, das aus der von Zirkoniumdioxid und Hafnium(IV)-oxid und deren Gemischon gebildeten Gruppe ausgewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform aus Aluminiumoxid besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall ein Aluminiumgrundmetall ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1 odor 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Silizium, Titan, Zinn, Zirkonium und Hafnium gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1; 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel wenigstens ein festes Oxydationsmittel oder ein flüssiges Oxydationsmittel oder eine Kombination eines festen Oxydationsmittels und eines flüssigen Oxydationsmittels einschließt, die in den Füllstoff oder die Vorform einbezogen sind.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Oxydationsmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die von Siliziumdioxid, Kohlenstoff, reduzierbaren Karbiden, Bor und reduzierbaren Bonden gebildet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, dio aus einem sauerstoffhaltigen Gas, einem stickstoffhaltigen Gas, einem Halogen, Schwefel, Phosphor, Arsen, Kohlenstoff, Bor, Selen, Tellur, einem Η2/Ή₂Ο-Gemisch, Methan, Ethan, Propan, Azetylen, Ethylen, Propylen, Siliziumdioxid und einem CO/CO₂-Gemisch oder deren Mischungen besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel ein sauerstoffhaltiges Gas ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel ein stickstoffhaltiges Gas aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 1; 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß de; Füllstoff oder die Vorform aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Hohlkörpern, Partikulatstoffen, Pulvern, Fasern, Whiskern, Kugeln, Blasen, Stahlwolle, Platten, Zuschlagstoffen, Drähten, Stäben, Stangen, Plättchen, Pellets, Rohren, feuerfestem Gewebe, Röhrchen oder deren Mischungen besteht.

15. Verfahren nach Anspruch 1; 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff oder die Vorform aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem oder mehreren Oxiden, Bonden, Nitriden oder Karbiden eines Metalls besteht, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Aluminium, Zerium, Hafnium, Lanthan, Neodym, Praseodym, Samarium, Skandium, Thorium, Uran, Yttrium und Zirkonium besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 1; 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff oder die Vorform aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem oder mehreren der folgenden besteht Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Siliziumaluminiumoxynitrid, Zirkoniumoxid, Bariumtitanat, Bornitrid, Siliziumnitrid, Magnesiumaluminat, Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung und Aluminium und deren Gemischen.

17. Verfahren nach Anspruch 1; 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform Stoffe einschließt, die ausderGruppeausgewählt werden,dieausSiliziumdioxid.Siliziumkarbid und Aluminiumoxid besteht.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe eine Partikulatgröße zwischen etwa 10 und etwa 1000 Maschengröße haben.

19. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform aus einer beschichteten Kohlefasser besteht.

20. Verfahren nach Anspruch 2; 3 oder 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Quelle für eine Dotierungssubstanz einschließt, die in Verbindung mit dem Grundmetall eingesetzt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für die Dotierungssubstanz aus einer Quelle für zwei oder mehrere der folgenden besteht: Magnesium, Zink, Silizium, Germanium, Zinn, Blei, Bor, Natrium, Lithium, Kalzium, Phosphor, Yttrium und ein Seltenerdmetall.

22. Verfahren nach Anspruch 1; 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall Aluminium ist und wenigstens eine Dotierungssubstanzquelle einschließt, die in das Grundmetall legiert ist, und wenigstens eine Dotierungsquellensubstanz, die auf die Oberfläche des Grundmetalls aufgebracht wurde.

23. Verfahren nach Anspruch 1; 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Entfernens aus der Anwendung der Verfahren des Sandstrahlens, des Poliertrommeins oder der Aufschlämme-osion besteht.

24. Verfahren nach Anspruch 1; 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schritt des Entfernens die Abkühlung der keramischen Schicht, welche den keramischen Verbundkörper überlagert, zusätzlich ausgeführt wird.

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