DD286166A5

DD286166A5 - Verfahren zur herstellung eines geformten selbsttragenden keramikkoerpers

Info

Publication number: DD286166A5
Application number: DD88312063A
Authority: DD
Inventors: Roche Evans A La Jr
Original assignee: ��@��@��Kk��
Priority date: 1987-01-07
Filing date: 1988-01-05
Publication date: 1991-01-17
Also published as: DK3188A; NO880013L; EP0277082B1; YU46778B; HUT63125A; FI89589C; FI880023L; PT86500B; DE3873360D1; MX167602B; CS277421B6; IE880005L; FI880023A0; PL269990A1; NO880013D0; IL85010A; JPS63176370A; IL85010A0; NZ223091A; RO100372B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geformten selbsttragenden Keramikkoerpers. Ein gasdurchlaessiges gleichfoermiges Material wird auf eine formbestimmte Oberflaeche eines geformten Ausgangsmetalls aufgebracht. Das gasdurchlaessige Material liefert nach dem Erstarren oder Stabilisieren eine Form mit einer kongruent geformten Oberflaeche. Beim Erhitzen schmilzt das Ausgangsmetall und flieszt von der Form in einen Behaelter. Das Oxydationsreaktionsprodukt waechst durch die Oxydation des geschmolzenen Ausgangsmetalls mit einem Dampfphasenoxydationsmittel, das in die Formhoehlung waechst und durch diese geformt wird. Fig. 1{Keramikkoerper; Ausgangsmetall; gasdurchlaessiges Material; Traegerzone; Oxydationsmittel; Oxydationsreaktionsprodukt; Wachstum; Fuellstoff; Sperrschichtmaterial; Dotierung; Verbundkoerper; Form; Geometrie}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geformten selbsttragenden Keramikkörpers.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Herstellung von Keramikkörpern mit einer vorbestimmten Form oder Geometrie geeignet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Das Verfahren zur Züchtung von Keramikkörpern, dos in der vorliegenden Erfindung Anwendung findet, ist allgemeinen offenbart in der US-Patentanmeldung Nr. 818343, eingereicht am 1 S.Januar 1986 und betitelt mit .Neuartige Keramikwerkstoffe und Verfahren zur Herstellung derselben". Diese US-Patentanmeldung offenbart ein Verfahren, bei dem ein Oxydationsphänomen zur Züchtung eines polykristallinen Oxydationsreaktionsprodukts aus einem Ausgangsmetall bei höheren Temperaturen und dem Vorhandensein eines Oxydationsmittels verwendet wird, dessen Wachstum durch den Einsatz eines Dotierstoffes oder von Dotierstoffen, die in das Ausgangsmaterial legiert werden, beschleunigt wird. Das offenbarte Verfahren ermöglicht die Herstellung von selbsttragenden Keramikkörpern. Das Verfahren wurde verbessert durch den Einsatz von äußeren Dotierstoffen (Dotanten, die auf die Oberfläche des Vorstufenausgangsmetalls aufgetragen werden, wie es in der US-Patentanmeldung Nr.ö22399, eingereicht am 27. Januar 1986 mit dem Titel .Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden Keramikwerkstoffen" offenbart wird. Die vollständige Offenbarung aller US-Patentanmeldungen, die in dieser Patentschrift erwähnt werden, ist ausdrücklich auf diese bezogen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Vereinfachung der Herstellung keramischer Verbundkörper beliebiger Geometrie und Form sowie in der Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Herstellungsprozesses.

Darlegung des Wesens dei Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines geformten selbsttragenden Keramikkörpers zu entwickeln, das es gestattet, dem Keramikkörper eine vorbestimmte Form oder geometrische Konfiguration zu geben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Formabschnitt eines geformten Ausgangsmetalls mit einem

gleichförmigen, gasdurchlässigen Material bedeckt wird, um eine Form zu schaffen, deren geformte Oberfläche im wesentlichen mit dem Formabschnitt übereinstimmt. Dieser Werkstoff ist aus skh heraus selbsttragend, zumindest in einer Trägerzone des Werkstoffs, der unmittelbar an die geformte Oberfläche angrenzt und mit ihr flächengleich ist. Dadurch entsteht eine Form mit ausreichender Kohäsionsfestigkeit zur Aufrechterhaltung der Integrität ihrer geformten Oberfläche bei nachfolgend beschriebenen Verarbeitungsbedingungen. Die Kombination Form/Ausgangsmetall und ein Behälter ist so ausgerichtet, daß sich das Ausgangsmetall in Strömungsverbindung mit dem Behälter befindet, wobei die Kapazität des Behälters zumindest so groß sein muß, daß im wesentlichen das gesamte Ausgangsmetall im geschmolzenen Zustand aufgenommen werden kann. Das System wird dann auf einen Temperaturbereich über dem Schmelzpunkt des Ausgangsmetalls erhitzt, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes seines Oxydationsreaktionsproduktes und jenem der Form, und die entstandene Ausgangsmetallschmelze wird dann von der Form in das Gefäß überführt, ohne dabei die Form im wesentlichen zu stören, wobei dadurch eine Formhöhlung entsteht. Die Erwärmung wird in Gegenwart eines Dampfphasenoxydationsmittels fortgesetzt, und in dem obenerwähnten Temperaturbereich werden die nachfolgenden Schritte ausgeführt:

1. Die Amgangsmetallschmelze reagiert mit dem Oxydationsmittel unter Bildung eines Oxydationsreaktionsproduktes,

2. zumindest ein Teil des Oxydationsreaktionsproduktes wird in Kontakt mit und zwischen der Masse der Metallschmelze und dem Oxydationsmittel gehalten, um immer mehr geschmolzenes Metall aus der Masse durch das Oxydationsreaktionsprodukt in die Formhöhlung zum Koniakt mit dem Oxydationsmittel zu ziehen, so daß das Oxydationsreaktionsprodukt weiterhin an der Grenzfläche zwischen dem Oxydationsprodukt entsteht und

3. die Reaktion setzt sich fort, so daß ein Oxydationsreaktion>._rvodukt wächst oder sich entwickelt, welches in Verbindung mit der geformten Oberfläche der Form steht, wobei sich ein Keramikkörper bildet, dessen Fo; m von der Form der Formhöhlung bestimmt wird. Nach Vollendung der Schritte 1-3 wird der Keramikkörper aus der Form entfernt.

In einem weiteren Aspekt dieser Erfindung enthält zumindest der Teil des durchlässigen Materials, der zur Bildung der geformten Oberfläche genutzt wird, ein Sperrmaterial, wodurch das Wachsen des Oxydationsreaktionsproduktes an dor geformten Oberfläche verzögert wird. Des weiteren wird das Ausgangsmetall über dem Behälter und in Strömungsverbindung damit, zum Beispiel Schwerkraftströmungsverbindung, gehalten, zum Beispiel durch Anbringen des geformten Ausgangsmetalls über einem geeigneten Träger. Ein dehnbarer Träger, innerhalb des Behälters angebracht, ist besonders nützlich. Während des Erwärmens und auch während des Kontaktes des geschmolzenen Ausgangsmetalls mit dem dehnbaren Träger verdampft der letztere, so daß beim Eintritt der Metallschmelze in das Gefäß der dehnbare Träger durch die Metallschmelze ersetzt wird. Als Alternative kann der Träger ein feuerfester Träger sein, dessen Abmaße und Konfiguration derart sind, daß einerseits das geschmolzene Ausgangsmetall von der Form in den Behälter fließen kann und andererseits das Oxydationsreaktionsprodukt vom Gefäß in die Formhöhlungen wächst.

Die nachfolgenden Termini, wie sie hier und in den Ansprüchen verwendet werden, haben die nachstehenden Bedeutungen. Der Begriff .Keramik" darf nicht so ausgelegt werden, als würde er sich nur auf einen Keramikkörper im herkömmlichen Sinne beschränken, das heißt, in dem Sinne, daß er vollständig aus nichtmetallischen und anorganischen Stoffen besteht, sondern daß ersieh vielmehr auf einen Körper bezieht, der überwiegend keramisch ist entweder hinsichtlich der Zusammensetzung oder der hervorstechenden Eigenschaften, obwohl der Körper geringere oder beträchtliche Mengen an einem oder mehreren metallischen Bestandteilen aufweisen kann, hergeleitet vom Ausgangsmetall oder reduziert vom Oxydationsmittel oder von einem Dotierstoff, normalerweise innerhalb eines Bereiches von rund 1 bis 40 Vol.-%, aber es kann noch mehr Metall vorhanden sein.

„Oxyda'.ionsreaktionsprodukt" bedeutet generell ein oder mehrere Metalle in einem oxydierten Zustand, wobei ein Metall Elektronen an ein anderes Element abgegeben hat oder Elektronen mit einem anderen Element oder einer Verbindung oder einer Kombination daraus teilt. Demzufolge beinhaltet ein .Oxydationsreaktionsprodukt" gemäß dieser Definition das Produkt der Reaktion von einem oder mehreren Metallen mit einem Oxydationsmittel, so wie in dieser Anmeldung beschrieben. .Dampfphasenoxydationsmittel" (manchmal einfach .Oxydationsmittel") bedeutet ein oder mehrere geeignete Elektronenakzeptoren oder gemeinsame Elektronen in Form eines Gases (Dampf) bei den Prc teßbedingungen. .Ausgangsmetair bezieht sich auf jenes Metall, zum Beispiel Aluminium, das die Vorstufe für das polykristalline Oxydationsreaktionsprodukt ist., und beinhaltet, daß Metall als ein relativ reines Metall, ein großtechnisch verfügbares Metall mit Verunreinigungen und/oder Legierungsbestandteilen oder eine Legierung, in dem diese Metallvorstufr eier Hauptbestandteil ist; und wenn ein vorgeschriebenes Metall als Ausgangsmetall genannt wird, zum Beispiel Aluminium, sollte beim Lesen mit dem bestimmten Metal! diese Definition im Auge behalten werden, es sei denn, der Kontext deutet auf etwas anderes hin.

Ausführungsbnlsplel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt Fig. 1: eine perspektivische Darstellung, die ein Zwischenstadium bei der Anwendung eines durchlässigen Materials auf ein

geformtes Ausgangsmetall darstellt, dies ist ein Schritt eines Verfahrens in Übereinstimmung mit einer praktischen

Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2: die Ansicht im Querschnitt eines Systems in Übereinstimmung mit einer praktischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einschließlich eines geformten Ausgangsmetalls, überzogen von einem durchlässigen

Material und über einem Behälter angebracht; Fig. 2A: eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A von Fig. 2;

Fig. 3: eine Teildarstellung entsprechend Fig. 2, die ein späteres Stadium des Verfahrens darstellt; Fig. 4: einen Teilabschnitt entsprechend dem in Fig. 2, der jedoch eine andere praktische Ausführungsform der Erfindung

darstellt und Fig. 5: einen Querschnitt in Ansicht eines geformten Keramikkörpers, hergestellt unter Nutzung des Systems aus Fig. 4 und der einen inneren Abschnitt und einen äußeren Verbundabschnitt aufweist, bestehend aus Matrix und darin erschlossenem Füllstoff.

Wird jettt Bezug auf Fig. 1 genommen, so ist dort ein geformtes Ausgangsmetall, durchgehend mit 10 bezeichnet, das gewöhnlich eine zylindrische Form aufweist (kann jedoch jede geeignete Form aufweisen) und eine ringförmige hervorstehende Fläche 12 hat, die sich näher an der Stirnfläche 14 als an der Stirnfläche 16 um die Peripherie erstreck». Die größte, zylindrische, geformte Oberfläche des Ausgangsmetalls 10 wird mit 18 gekennzeichnet. Stirnfläche 14, die zylindrisch geformte Oberfläche 18 und die Flächen der hervorstehenden Ringfläche 12 bilden gemeinsam den Formabschnitt des geformten Ausgangsmetalls 10; die Stirnfläche 16 umfaßt den nicht formbildenden Teil des geformten Ausgangsmetalls 10. In Fig. 1 wird ungefähr die Längshälfte der Form des geformten Ausgangsmetalls 10 gezeigt mit einem durchlässigen konkordanten Material 20, das hier aufgetragen wird. Das hier und in den Ansprüchen verwendete Material 20, das als „permeabel" charakterisiert wird, bedeutet, daß es und das daraus entstandene und unten beschriebene Rückhaltegefäß, gegenüber dem Dampfphasenoxydationsmittel, wie Luft, durchlässig sind. Das Aufbringen von durchlässigem Material 20 wird fortgesetzt bis die gesamte Form des geformten Ausgangsmetalls 10 mit der gewünschten Dicke an durchlässigem Material überzogen ist und allein der nicht formbildende Teil, bestehend aus der Stirnfläche 16, frei bleibt. Das durchlässige Material 20 überzieht oder wird auf die Form des geformten Ausgangsmetalls 10 aufgetragen, so daß sich bei Material 20 eine geformte Fläche 20 a (Fig.2) bildet, die, wenn das Ausgangsmaterial 10 entfernt wird, wie unten beschrieben, aus dar Form 20' (Fig. 2 und 3), entstanden durch Aushärten oder Erstarren von durchlässigem Material 20. eine Form 22 (Fig.3) bildet, deren Höhlung den Formabschnitt nachbildet. Ist der gesamte Formabschnitt (das heißt mit der Stirnfläche 14, Oberfläche 18 und den Flächen der hervorstehenden Ringfläche 12) vollständig mit durchlässigem Material 20 überzogen, läßt man das letztere erstarren oder wird andernfalls durch Behandlungen, wie Erwärmen oder Brennen, gehärtet zur Bildung von gesintertem oder selbstbindendem durchlässigen Material 20. Zum Beispiel kann ein durchlässiges Material 20 eine Sperrschichthülle enthalten, wie gebrannten Gips und Kalziumsilikat, die, wenn sie erstarrt und danach erwärmt wird, gegenüber Luft oder dem gasförmigen Oxydationsmittel durchlässig ist. Durchlässiges Material 20 kann ebenfalls aus einem dispergieren Füllmaterial bestehen, dem ein geeignetes Bindemittel beigemischt ist zur Erzeugung von Grünfestigkeit, welches auf die Form aufgetragen wird und dort haftet und danach gehärtet wird oder aushärtet und die Form 20' bildet, wie in Fig. 2 und 3 ersichtlich. Das durchlässige Material 20 oder zumindest ein Teil dessen, welches die Trägerzone bildet, dargestellt als gestrichelte Linie in Fig. 2 der Form 20', ist taM'./ial mit Eigenbindung. Demzufolge behält die Form oder zumindest deren Trägerzone 24, die die geformte Fläche 20a bildet, ihre Gefügeintegrität. Die gesamte Form 20' kann aus diesem aus sich heraus selbstbindenden Material bestehen, oder wahlweise braucht nur eine innere Zone aus derartigem selbstbindenden Material bestehen. So kann mm Beispiel eine erste Schicht durchlässiges Material, die das Innere der Form bildet, aus sich heraus selbstbindend sein, ihr folgt eine zweite oder äußere Schicht aus durchlässigem Material, die nicht aus sich heraus selbstbindend sein muß. Wie hier und in den Ansprüchen verwendet, bedeutet die Eigenschaft .aus sich heraus selbstbindend sein" einfach, daß das Material ausreichend Gefügeintegrität unter den Prozeßbedingungen des Erwärmens behält, so daß es geformtes Ausgangsmaterial 10 zum Schmelzen bringt und aus der Form 20' befreit und während der Oxydation des geschmolzenen Metalls das Wachsen des Oxydationsreaktionsprodukts in die Form 22 (Fig.3) ermöglicht. Mit anderen Worten-die geformte Fläche 20a behält ihre Form und fällt nicht zusammen, hängt nicht durch oder zerfällt nicht unter den Prozeßbedingungen.

In einigen praktischen Ausführungsformen dieser Erfindung ist das durchlässige Material 20 als Füllstoff agglomeriert oder mit einem geeigneten Lösungsmittel oder Bindemittel geformt, welches beim Erwärmen zum Schmelzen des Ausgangsrr etalls 10 verdampft. Der zurückbleibende Füllstoff, zumindest der Füllstoff innerhalb der Trägerzone 24, markiert durch die gestrichelte Linie in Fig. 2, wird locker gesintert oder bindet sich, so daß Form 20' ausreichend Trennfestigkeit erhält, wodurch die Integrität ihrer geformten Fläche 20a beibehalten werden kann.

Ein geeigneter Behälter, Gefäß oder Wanne, mit 26 bezeichnet, umfaßt ein Keramik- oder Metallgefäß 28, mit darin befindlichem Rückhaltebett 30. Rückhaltebett 30 hat darauf eine zylinderförmige Aushöhlung 32 gebildet, deren Volumen ausreicht, um das gesamte geschmolzene Metall, das beim Schmelzen des geformten Ausgangsmetalls 10 entsteht, aufzunehmen. Rückhaltebett 30 kann aus einem teilchenförmigen Material bestehen, das unter den Prozeßbedingungen gegenüber der Oxydationsreaktion des geschmolzenen Ausgangsmaterials reaktionsträge ist. Zum Beispiel ist bei Prozeßtemperaturen von 1250^eC, bei Einsatz einer Aluminiumlegierung als Ausgangsmaterial und Luft als Oxydationsmittel Aluminiumoxidschmirgelkorn, ein geeignetes Rückhaltebett. Das heißt, das bei der Oxyxdation des geschmolzenen Ausgangsmetalls entstandene Oxydationsreaktionsprodukt dringt nicht in Rückhaltebett 30, und die Oxyd nionsreaktion schreitet nicht über Rückhaltebett 30 hinaus fort. Aushöhlung 32, als Aufnahmegefäß für das geschmolzene Metall, läßt sich innerhalb des Rückhaltebettes 30 durch Zusammensintern der Teilchen von Rückhaltebett 30 oder, wie in Fig. 2 dargestellt, durch Bereitstellung eines entsprechend geformten und feuerfesten Gefügerückhaltegefäßes 34, wie einem Rohr aus stabilisiertem Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid oder dergleichen herstellen. Das Gefügerückhaltegefäß 34 kann aus unten dargelegten Gründen perforiert werden.

Ein dehnbarer Träger 36 befindet sich innerhalb eines rohrförmigen Gefügerückhaltegefäßes 34 und erstreckt sich vom unteren bis zum oberen Teil (wie in Fig. 2 zu sehen) der Aushöhung 32. Wie aus Fig. 2 A ersichtlich, ist der dehnbare Träger 36, der aus einem geformten organischen Material besteht, das beim Schmelzen des geformten Ausgangsmetalls verdampft, in seinem Querschnitt von kreuzförmiger Konfiguration. Es ist zu beobachten, daß der Träger von jedweder geeigneter Konfiguration sein kann oder ein im wesentlichen fester Träger ist. Träger 36 dient zum Tragen der Masse des geformten Ausgangsmetalls 10, wenn es und die Form 20' auf der Oberfläche (wie in Fig. 2 zu sehen) von Rückhaltebett 30, zusammen mit dem geformten Ausgangsmetall 10 und der zylinderförmigen Aushöhlung 32 konzentrisch angeordnet ist. Es wird erkannt, daß ein Träger für das geformte Ausgangsmetall 10 notwendig ist, um zu verhindern, daß os sich durch seine Eigenmasse von der Form 20' losreißt, dabei die geformte Fläche 20a zerstört oder beschädigt und in Aushöhlung 32 fällt. All das ist um so wahrscheinlicher, wenn Form 20' aus Material mit lediglich Grünfestigkeit besteht, das nicht vollständig ausgehärtet ist, ehe es auf eine höhere Temperatur erhitzt wird. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Ausrichtung des geformten Ausgangsmetalls 10 mit Behälter 26, indem das geformte Ausgangsmetall 10 auf den dehnbaren Träger 36 aufgebracht wird. Es wird eingeschätzt, daß andere Mittel zum Tragen des geformten Ausgangsmetalls 10 verwendet werden können. Zum Beispiel kann das rohrförmige Gefügerückhaltegefäß 34 aus einem entsprechend starken feuerfesten Material bestehen, das heißt, as kann sich um ein Rohr mit einer Wanddicke handeln, die ausreicht, um das Gewicht des geformten Ausgangsmetalls 10 und der Form 20' tragen zu können. Das rohrförmige Gefügerückhaltegefäß hat einen etwas geringeren Innendurchmesser als das geformte Ausgangsmetall 10, so daß das Ausgangsmetall auf dem Rand des Gefügerückhaltegefäßes aufliegt, wodurch das

Metall getragen und ein dehnbarer Träger 36 Oberflüssig wird. Das rohrförmige, feuerfeste Gefügerückhaltegefäß dient somit als geeigneter Träger.

Das System in Fig. 2 wird erwärmt, indem es zum Beispiel in einen belüfteten Ofen eingebracht wird, in dem Luft als Oxydationsmittel zirkuliert.

Durch Erwärmen des Systoms auf einen Temperaturbereich oberhalb des Schmelzpunktes des Ausgangsmetalls, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des dadurch gebildeten Oxydation'sreaktionsproduktes, schmilzt das geformte Ausgangsmetall 10 und fließt in die Aushöhlung 32 oder in das Rückhaltegefäß, wobei Form 2i/ entleert wird und die geformte Formhöhlung der Form 22 zurückbleibt (Fig. 3). Der dehnbare Träger 36 wird verbrannt oder verdampft, vorzugsweise, wenn das geschmolzene Metall des Trägers berührt, und die Dämpfe entweichen durch das rohrförmige Gefügerückhaltegefäß 34 in das Rückhaltebett 30 und in die Atmosphäre. Auf diese Weise ersetzt das geschmolzene Ausgangsmaterial das evakuierende Trägermaterial. Die Materialien für den dehnbaren Träger, die in der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können, umfassen jene Materialien, die in den herkömmlichen Gußverfahren eingesetzt worden sind. Obwohl verschiedene Wachsarten oder Wachsmischungen für gewisse Ausführungsbeispiele geeignet sind, werden Plast- oder Schaumstoffe bevorzugt. Noch lieber werden Polystyrole, Polyäthylene und Polyurethane als Formmaterialien eingesetzt, aus denen die Träger gefertigt werden.

Der dehnbare Träger läßt sich aus derartigen Materialien durch herkömmliche Verfahren herstellen, einschließlich Spritzgießen, Blasformen, Extrudieren, Gießen, maschinelle Bearbeitung und dergleichen. Spritzgießen wird gegenwärtig für die Herstellung großer Mengen Träger bevorzugt. Blasformen wird aufgrund seiner Fähigkeit zur Erzeugung von Hohlträgern in bestimmten Fällen bevorzugt. Blasformen ist besonders erwünscht, da es oftmals die Menge an Material, das für einen bestimmten Träger erforderlich ist, auf ein Minimum reduziert, wodurch es zu einer schnelleren Entleerung der Aushöhlung 32 kommt. Die durch das Schmelzen des geformten Ausgangsmetalls 10 entstandene Masse an geschr lolzenem Ausgangsmetall kann die Aushöhlung ausfüllen oder nahezu ausfüllen. Während dieser Schmelzphase ist es wünschenswert, die Oxydation des geschmolzenen Ausgangsmetalls in Form 20' zu verhindern. Dann kann der Ofen mit einer inerten oder nichtoxidierenden (unter den verwendeten Bedingungen) Atmosphäre, wie Argon oder Stickstoff, versehen werden. Als Alternative kann Form 20' zeitweilig in einem entfernbaren, undurchlässigen Behälter, wie einen Behälter aus rostfreiem Stahl, locker über der Außenseite von Form 20' angebracht werden. Mit dem geschmolzenen Ausgangsmetall in Aushöhlung 32 findet die Oxydation des geschmolzenen Ausgangsmetalls (nach Einführung der Oxydationsatmosphäre, wenn nicht bereits vorhanden) statt, und das Wachstum des Oxydationereaktionsproduktes beginnt an der Masse des geschmolzenen Ausgangsmetalls, enthalten in Aushöhlung 32, aufwärts in die Formhöhlung 22' (Fig.3) von Form 20'. Das oben erwähnte Erhitzen des Ausgangsmetalls, zum Beispiel Aluminium, führt bei Vorhandensein von Dampfoxydationsmittel, zum Beispiel Luft, auf den vorgegebenen Temperaturbereich über dem Schmelzpunkt des Ausgangsmetalls, jedoch unter dem Schmelzpunkt seines Oxydationsreaktionsprodukts zur Reaktion des geschmolzenen Ausgangsmetalls mit dem Dampfphasenoxydationsmittel unter Bildung des Oxydationsreaktionsprodukts. Die Bildung dieses Produkts erfolgt an der Oberfläche der Masse des geschmolzenen Ausgangsmetalls in Behälter 26. Entsprechend bleibt das Oxydationsreaktionsprodukt mit der eich darunter befindlichen Masse geschmolzenen Ausgangsmotalls und dem sich darüber befindlichen Dampfphasenoxydationsmittel in Kontakt und erstreckt sich dazwischen, so daß in zunehmendem Maße geschmolzenes Metall von der Masse geschmolzenen Metalls durch das Oxydationsreaktionsprodukt in die Formhöhlung der Form 22 abgezogen wird. Dann bildet sich das Oxydationsreaktionsprodukt weiteren dor Grenzfläche zwischen dem Dampfphasenoxydationsmittel und dem zuvor gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt. Fig.3 zeigt an den nicht numerierten Pfeilen das Eindringen des Dampfphasenoxydationsmittels in die durchlässige Form 20' und in Kontakt mit der Oberfläche des wachsenden Oxydationsreaktionsprodukts 38. Die fortlaufende Bildung von zusätzlichem Oxydationsreaktionsprodukt an der Grenzfläche 4Od zwischen dem Dampfphasenoxydationsmittel und dem zuvor gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt 38 tritt somit auf. Frühere Phasen 40a; 40b; 40c d< s Wachstums des Oxydationsreaktionsprodukts 38 sind anhand der Punktlinien erkennbar. Die Ma'jse des geschmolzenen Ausgangsmetalls 10' ist durch die Bildung des Oxydationsreaktionsprodukts 38 erschöpft, und sie ist in ihrer Mitte hohl, wie durch die gestrichelte Linie 42 in Fig. 3 angezeigt wird. Das geschmolzene Metall wird weiterhin nach oben, entlang den Seiten von Aushöhlung 32 und durch das Oxydationsreaktionsprodukt 38 zur Grenzfläche 4Od gezogen - und zwar solange die Reaktionsbedingungen beibehalten werden und bis Formhöhlung der Form 22 mit Oxydationsreaktionsprodukt gefüllt ist. Form 20' kann aus einem Sperrschichtmaterial bestehen, wobei die geformte Oberfläche 20 das weitere Wachstum des Oxydationsreaktionsprodukts hemmt, so daß die Form des Keramikkörpers, umschlossen vom Oxydationsreaktionsprodukt, von der Form der geformten Fläche 20 a geprägt wird.

Eine Sperrschicht kann als durchlässiges Material verwendet werden, um das Wachstum oder das fortschreitende Wachstum des Oxydationsreaktionsprodukts an der geformten Oberfläche, die die Formhöhlung abgrenzt, zu hemmen. Diese Sperrschicht erleichtert die Bildung eines Keramikkörpers mit Grenzen, bestimmt durch die Formhöhlung. Geeignete Sperrschicht kann jegliches Material, Verbindung, Element, Zusammensetzung oder dergleichen, das unter den Prozeßbedingungen dieser Erfindung seine Integrität beibehält, nicht flüchtig und gegenüber dem Dampfphasenoxydationsmittel durchlässig ist, während es in der Lage ist, das fortlaufende Wachstum des Oxydationsreaktionsprodukts stellenweise zu hemmen, zu unterbrechen, zu beeinträchtigen, zu verhindern oder dergleichen. Geeignete Sperrschichten, wie zum Beispiel im Falle des Aluminiums als Ausgangsmetall und der Luft als Oxydationsmittel, sind Kalziumsulfat (gebrannter Gips), Kalziumsilikat, Portland-Zement und Mischungen daraus. Diese Sperrschichtmaterialien können ebenfalls ein entsprechendes brennbares oder flüchtiges Material umfassen, das beim Erhitzen eliminiert wird oder Material, das beim Erhitzen abgebaut wird, um die Porosität und die Durchlässigkeit der Sperrschicht gegenüber dem Dampfphasenoxydationsmittel zu erhöhen. Des weiteren kann die Sperrschicht ein entsprechendes Dispersum sein zur Vermeidung möglichen Schrumpfens oder möglicher Rißbildung, die sonst während des Erhitzens auftreten könnten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Sperrschicht um eine Mischung aus Kalziumsulfat (das heißt gebrannter Gips) und Portland-Zement oder Kalziumsilikat. Der Portland-Zement oder das Kalziumsilikat lassen sich mit dem gebrannten Gips in einem Verhältnis von 10:1 bis 1:10 mischen, wobei das bevorzugte Mischungsverhältnis zwischen Portland-Zement und gebranntem Gips bei etwa 1:3 liegt und das von Kalziumsilikat zu gebranntem Gips bei etwa 1:1. Wo erwünscht, kann Portland-Zement als alleiniges Sperrschichtmaterial eingesetzt werden. Eine weitere bevorzugte praktische Ausführungsform ist der Einsatz von Aluminium als Ausgangsmetall und gebranntem Gips,

gemischt mit Silikatmaterial, vorzugsweise in einem stöchiometrischen Verhältnis. Während der Verarbeitung reagiert der gebrannte Gips mit dem Silikatmaterial unter Bildung von Kalziumsilikat, was zu einer besonders günstigen Sperrschicht führt, insofern, als daß sie besonders rißfrei Ist. In einer weiteren praktischen Ausführungsform werden dem gebrannten Gips ungefähr 25 bis 40Ma.-% Kalziumkarbonat zugesetzt. Beim tirhitzen wird das Kalziumkarbonat aufgespalten, wobei Kohlendioxid freigesetzt wird, wodurch die Porosität und damit die Durchlässigkeit der Grenzschicht erhöht wird. Falls erwünscht, kann die Menge des geschmolzenen Ausgangsmetalls in Aushöhlung 32 wieder aufgefüllt werden, zum Beispiel mittels Rohrs oder Rohrleitung, die durch Rückhaltebett 30 geführt wird und an eine Öffnung in Gefügerückhaltegefäß 34 angeschlossen wird. Nachfüllen des geschmolzenen Ausgangsmetalls in Aushöhlung 32. Derartiges Nachspeisen der Zufuhr von geschmolzenem Ausgangsmetall in Aushöhlung 32 kann sowohl das Wachstum des Oxydationsreaktionsprodukts erleichtern als auch das Oxydationsreaktionsproriukt 38 innerhalb der Formhöhlung 22' tragen. Selbst wenn ein derartiges Verfahren zur Reservoirfüllung nicht angewendet wird, wird das Oxydationsreaktionsprodukt in Form 20' gehalten, da sein Wachstum in Kontakt mit der geformten Fläche 20a einen .guten Sitz" verleiht, selbst wenn Fläche 20a ein Sperrschichtmaterial enthält. Des weiteren neigt die Konfiguration von Formhöhlung der Form 22 dazu, wie die ringförmige Kammer entsprechend der Ringfläche 12 des geformten Ausgangsmetalls 10 (Fig. 1) das Oxydationsreaktionsprodi/kt 38 mechanisch an Ort und Stelle zu binden.

Hat das Wachstum des Oxydationsreaktionsprodukis 38 im wesentlichen die Formhöhlung der F.orm 22 vollständig ausgefüllt, darf das System auskühlen, und der entstandene Keramikkörper, der die Form aufzeigt, die er durch das Wachsen hin zur jedoch nicht wesentlich über die geformte Fläche 20a von Formhöhlung der Form 22 hinaus - verliehen bekam, wird durch Zerstören und Entfernen von Form 20' gewonnen. Der entstandene Keramikkörper hat eine dem geformten Ausgangsmetall 10 in Fig. 1 im wesentlichen identische Form. Der Keramikkörper läßt sich entlang einer seiner Flächen abschneiden oder bearbeiten, die im allgemeinen Stirnfläche 16 des geformten Ausgangsmetalls 10 entspricht, um jegliches anhaftende, wiederverfestigte Ausgangsmetall oder jegliche hervorstehenden Teile oder ungleichmäßigen Überstände des Oxydationsreaktionsproduktes zu entfernen.

Der entstandene Keramikkörpei besteht aus einem polykristallinen Oxydationsreaktionsprodukt und kann über verkettete oder einfache Metallbestandteile verfügen, darin eingeschlossen zum Beispiel nichtoxidierte Ausgangsmetallbestandteile. Er kann ebenfalls in geringem Maße Hohlräume und Porosität aufweisen.

Es wird eingeschätzt, daß ein bedeutender Vorteil Ίθγ vorliegenden Erfindung darin besteht, daß sich ein geformter Ausgangsmetallkörper jeder gewünschten Form leicht durch entsprechende Mittel herstellen läßt. Zum Beispiel ein Stück Metall, wie ein Stab, Knüppel oder Block, läßt sich bearbeiten, oder das Metall kann gegossen, geformt, fließgepreßt oder auf andere Weise zur Bildung des geformten Ausgangsmetallkörpers geformt werden. Nute, Bohrungen, Aussparungen, Fasen, Vorsprünge, Ränder, Zapfen, Schraubengewinde und ähnliches lassen sich darin formen, und/oder Wülste, Muffen, Scheiben, Stäbe oder ähnliches lassen sich daran anfügen, so daß ein gewünschter geformter Ausgangsmetallkörper entsteht. Es wird eingeschätzt, daß es viel einfacher ist, Metallteile so umzuformen und/oder zusammenzusetzen, als die gewünschte Form aus einem rohen Keramikkörper zu fertigen, besonders wenn die gewünschte Form kompliziert ist.

Fig.4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei wird ein Behälter 26', identisch mit Behälter 26 aus Fig. 2, bereitgestellt, und Form 44 besteht aus einem inneren Teilstück 46 und einem äußeren Teilstück 48. Das innere Teilstück 46 ist versehen mit einem ersten durchlässigen, gleichförmigen Material, aufgebrannt auf das geformte Ausgangsmetall 10', wodurch eine geformte Oberfläche 44 a der Form 44 entsteht. Das innere Teilstück 46 enthält einen entsprechenden Füllstoff, gemischt in einer entsprechenden Trägersubstanz oder einem Bindemittel, wodurch der Auftrag des entstandenen gesinterten Füllstoffes auf das geformte Ausgangsmetall 10' ermöglicht wird. Ist das innere Teilstück 46 ausgehärtet oder erstarrt, wird eine zweite Schicht aus durchlässigem, gleichförmigen Material aufgetragen, wodurch das äußere Teilstück 48 geschaffen wird, das zum Beispiel eine Mischung aus gebranntem Kalk und Kalziumsilikat enthält und somit als Sperrschichtmaterial dient. Sowohl der gesinterte Füllstoff als inneres Teilstück 46 als auch das Sperrschichtmaterial als äußeres Teilstück 48 sind durchlässig, und demzufolge kpnn ein Dampfphasenoxydationsmittel hindurchgehen. Der Füllstoff vom inneren Teilstück 46 oder zumindest eine Trägerzono dessen, die übereinstimmt mit der Trägerzone 24, angegeben durch die gestrichelte Linie in Fig. 2, sind eigenbindend, so daß beim Erhitzen und bei Verlust oder Verdampfung des Bindemittels die Füllstoffteilchen selbstbindend sind und ausreichend Kohäsionsfestigkeit besitzen, um die Integrität der geformten Oberfläche 44 a als Ausgangsmetall aufrechtzuerhalten, wenn Ausgangsmetall 10' schmilzt und in Behälter 26' fließt.

Beim Wachstum des Oxydationsreaktionsprodukts auf eine Weise, die identisch ist mit der in bezug auf Fig.3 erläuterten und beschriebenen, dringt das wachsende Oxydationsreaktionsprodukt in den Füllstoff des inneren Teilstücks 46 ein, umschließt ihn und wächst bis zur Innenfläche 48a des äußeren Teilstücks 48. Das Wachstum eines polykristallinen Materials kann im Ergebnis der Oxydation eines Ausgangsmetalls gerichtet sein und in eine durchlässige Masse aus Füllstoffmaterial geleitet werden, welches in das wachsende polykristalline Material eindringt und darin eingebettet ist und eine Verbundkeramikstruktur ergibt. Der Füllstoff kann aus verschiedenen feuerfesten und/oder nichtfeuerfesten granulierten, faserartigen oder anderen Materialien bestehen, einschließlich Keramikfüllstoffe. Die entstandenen Verbundwerkstoffe verfügen über eine dichte Matrix eines keramischen polykristallinen Oxydationsreaktionsproduktes, das den Füllstoff umschließt. Der Füllstoff hat entweder eine ungebundene oder gebundene Anordnung oder Konfiguration des Materials, dessen Anordnung über Spalten, Hohlräume, Zwischenräume oder dergleichen verfügt, wodurch es sowohl für das Dampfphasenoxydationsmittel als such für das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes durch das Material durchlässig wird. Die Innenfläche 48a der Grenzschicht, gebildet durch das äußere Teilstück 48, hemmt das weitere Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes, und nach der Vollendung des Wachstums und der Abkühlung des Systems wird der Keramikkörper durch Entfernen oder Zerstören des äußeren Teilstücks 48 gewonnen.

Der entstandene Keramikkörper 50 wird in Fig. t veranschaulicht und umfaßt ein inneres Teilstück 52 und ein äußeres Teilstück 54. Das innere Teilstück 52 besteht aus sogenannter .luftgewachsener" Keramik, das heißt. Keramik wächst nicht in einen Füllstoff, sondern in ein nur mit Luft oder einem anderen Dampfphasenoxydationsmittel gefülltes Volumen oder einen Raum. Dementsprechend enthält das innere Teilstück 52 keinen darin eingelagerten Füllstoff. Das äußere Teilstück 54 enthält einen Keramikverbundstoff, das heißt, das Keramikmaterial umschließt einen Füllstoff, der zum Beispiel Keramikteilchen, Haarkristalle oder ähnliches enthält. Wo erwünscht, kann die Anordnung so sein, daß die Längsfläche der ringförmigen Fasen eng an der Außenfläche des inneren Teilstücks 46 anliegt oder über diese leicht herausragt. Auf diese Weise ist die Längsfläche

im Endprodukt freigelegt, wodurch es zu verschiedenen Verschleißerscheinungen um Rest der Außenfläche kommt. Die Zufuhr von Dotierstoffen kann den Oxydationsreaktionsprozeß günstig beeinflussen oder beschleunigen. Die Funktion ode.· die Funktionen der Dotierstoffe können von zahlreichen anderen Faktoren als dem Dotierstoff an sich abhängen. Diese Faktoren schließen zum Beispiel ein: das einzelne Ausgangsrmtall, das gewünschte Endprodukt, die jeweilige Kombination der Dotierstoffe, wenn zwei oder mehrere Dotierstoffe eingesetzt werden, die Konzentration des Dotierstoffes, die Oxydationsumgebung und die Prozeßbedingungen. Zum Beispiel erfordern manche Dotierstoffe zur erfolgreichen Wirkung das Vorhandensein anderer Dotierstoffe.

Der Dotierstoff oder die Dotierstoffe können Legierungsbestandteile eines Ausgangsmetalls sein oder auf aine Außenfläche des geformten Ausgangsmetalls aufgetragen werden, vorzugsweise in Körnchen- und Pulverform. Bei Einsatz eines Füllstoffs, wie Im Zusammenhang mit Fig.4 beschrieben, können entsprechende Dotierstoffe auf den Füllstoff aufgetragen oder ihm beigemischt werden oder einen Teil des Füllstoffs, oder ein entsprechender Füllstoff kann einen Dotierstoff enthalten. Im Falle des Verfahrens, bei dem ein Dotierstoff oder Dotierstoffe auf den Füllstoff aufgetragen werden, kann der Auftrag auf jedwede geeignete Weise erfolgen, wie durch Dispergieren der Dotierstoffe in einem Teil des gesamten Füllstoffs als Überzug oder als Dispersum, vorzugsweise die Einlagerung des Dotierstoffes in zumindest einem Teil des an das Ausgangsmetall angrenzenden Füllstoffs. Der Auftrag jeglicher Dotierstoffe auf den Füllstoff kann auch durch Auftrag einer oder mehrerer Schichten aus Dotierstoffen auf das Bett und hnerhalb des Bettes erfolgen, einschließlich aller Innenöffnungen, Zwischenräume, Durchgänge oder dergleichen, die ihn durchlässig machen. Eine einfache An zum Auftragen jeglicher Dotierstoffe ist das vollständige Eintauchen des zu verwendenden Füllstoffs in eine Flüssigkeit (z. B. eine Dotierstofflösung).

Eine Dotiermittelquelle entsteht auch durch einen starren Körper aus Dotierstoff zwischen zumindest einem Teil 4es Füllstoffs und dem geformten Ausg.ingsmetall und dessen Kontakt damit. Zum Beispiel kann eine dünne Scheibe silikathaltiges Glas nützlich als Dotierstoff aufgrund der Oxydation des Aluminiums als Ausgangsmetall) über einer Fläche des geformten Ausgangsmetalls angebracht werden, und das gasdurchlässige, gleichmäßige, Material kann darüber beschichtet werden. Zusätzlich oder als Alternative können ein oder mehrere Dotierstoffe außen auf die Oberfläche des geformten Ausgangsmetalls aufgetragen werden. Zusätzlich können innerhalb des Ausgangsmetalls legierte Dotierstoffe durch Dotierstoff(e), die nach einer der zuvor erwähnten Verfahren beschichtet wurden, verstärkt werden. So werden die Konzentrationsmängel der Dotierstoffe, die innerhalb des Ausgangsmetalls legiert sind, durch eine zusätzliche Konzentration des jeweiligen Dotierstoffes nach diesen alternativen Verfahren aufgetragen, verstärkt oder u.ngekehrt.

Nützliche Dotierstoffe für ein Aluminiumausgangsmetall, besonders mit Luft als Oxydationsmittel, umfassen zum Beispiel Magnesium und Zink, besonders in Verbindung mit anderen Dotierstoffen, wie nachstehend beschrieben. Diese Metalle oder eine entsprechende Metallquelle können in das Aluminiumausgangsmetall legiert werden bei Konzentrationen zwischen ungeführt), 1 und 10 Ma.-% auf der Grundlage des Gesamtgewichts des entstehenden dotierten Metalls. Die Konzentration eines jeden Dotierstoffes ist abhängig von solchen Faktoren, wie Kombination der Dotierstoffe und Prozeßtemperatur. Konzentrationen innerhalb des entsprechenden Bereichs scheinen das Keramikwachstum auszulösen, den Metalltransport zu verbessern und die Wachstumsmorphologie des entstehenden Oxydationsreaktionsprodukts günstig zu beeinflussen. Andere Dotierstoffe, die das Wachstum der polykristallinen Oxydationsreaktion bei Ausgangsmetallsystemen auf Aluminiumgrundlage fördern, sind zum Beispiel Silizium, Germanium, Zinn und Blei, besonders in Verbindung mit Magnesium oder Zink. Ein oder mehrere dieser anderen Dotierstoffe oder eine entsprechende Quelle daraus werden in das Aluminiumausgangsmetallsystem legiert bei Konzentrationen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 15Ma.-% der Gesamtlegierung; wünschenswertere Wachstumskinetik und Wachstumsmorphologie werden jedoch mit Dotierstoffkonzentrationen im Bereich von ungefähr 1 bis 10Ma.-% der Gesamtausgangsmetallegierung erzielt. Blei wird als Dotiermittel im allgemeinen bei einer Temperatur von mindestens 1000⁰C in das Aluminiumausgangsmetall legiert, wobei die geringe Löslichkeit in Aluminium berücksichtigt wird. Die Zugabe anderer Legierungsbestandteile, wie Zinn, wird jedoch im allgemeinen die Löslichkeit des Bleis erhöhen, und die Zugabe des Legierungsmaterials bei geringeren Temperaturen wird möglich.

Weitere Beispiele für Dotiermittel, die sich für Aluminiumausgangsmetall eignen, sind Natrium, Lithium, Kalzium, Bor, Phosphor und Yttrium, die einzeln oder in Verbindung mit einem oder mehreren anderen Dotierstoffen verwendet werden können abhängig vom Oxydationsmittel und den Prozeßbedingungen. Natrium und Lithium können in sehr kleinen Mengen innerhalb des ppm-Bereichs eingesetzt werden, normalerweise ungefähr 100 bis 200 ppm, und jedes kann einzeln oder zusammen oder in Verbindung mit anderen Dotierstoffen verwendet werden. Auf der Erde seltene Elemente, wie Zer, Lanthan, Praseodym, Neodym und Samarium sind ebenfalls nützliche Dotierstoffe - hier wiederum, wenn sie in Verbindung mit anderen Dotierstoffen eingesetzt werden.

Wie oben angemerkt, ist es nicht erforderlich, Dotierstoffe in das Ausgaugsmetall zu legieren. Zum Beispiel können ein oder mehrere Dotierstoffe in einer dünnen Schicht entweder auf die gesamte oder auf einen Teil der Oberfläche des Ausgangsmetalls aufgetragen werden oder auf die entsprechende Fläche des Trägerkörpers. Eine derartige Schicht aus Dotiermittel läßt sich folgendermaßen aufbringen: durch Streichen, Tauchen, Siebdruck, Eindampfen oder durch anderes Auftragen des Dotierstoffs in flüssiger od >r Form oder durch Sprühen oder durch einfaches Ablagern einer Schicht aus festem

Dotiermittald' der einer dünnen Schicht oder dünnem Film aus Dotierstoff auf die Oberfläche des Ausgangsmetalls

oder des Trag . Der Dotierstoff kann, braucht jedoch nicht, entweder organische oder anorganische Bindemittel,

Bindemittellösu, igun, Lösungsmittel und/oder Verdickungsmittel enthalten. Noch Heber wird der Dotierstoff in Pulverform auf die Oberfläche des Trägerkörpers oder des Ausgangsmetalls mittels Leims oder Bindemittels aufgebracht, die während der Verarbeitung mit dem Trägerkörper beseitigt werden. Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Auftrag der Dotierstoffe ist die Anwendung einer Flüssigsuspension der Dotierstoffe in einer Mischung aus Wasser und organischem Bindemittel, die auf die Oberfläche aufgesprüht wird, um einen haftfähigen Überzug zu erhalton, der den Transport des geformten Metalls oder des Trägerkörpers vor der Verarbeitung erleichtert.

Bei äußerer Anwendung der Dotierstoffe werden sie normalerweise auf zumindest einen Teil der entsprechenden Oberfläche des Trägerkörpers oder des Ausgangsmetalls als gleichmäßige Schicht aufgetragen. Die Menge des Dotiermittels ist über einen großen Bereich hin wirksam in bezug auf die Menge des der Reaktion zu unterziehenden Ausgangsmetalls, und im Falle des Aluminiums schlugen Experimente zur Bestimmung von entweder oberen oder unteren Betriebsgrenzwerten fehl. Zum Beispiel: Bei Einsatz von Silizium in Form von Siliziumdioxid, äußerlich als Dotiermittel auf ein Aluminium-Magnesium-Ausgangsmetall aufgetragen, und unter Einsatz von Luft oder Sauerstoff als Oxydationsmittel waren so geringe Mengen wie 0,00003g Silizium

pro Gramm Ausgangsmetall oder rund 0,0001 g Silizium pro Quadratzentimeter der Oberfläche des Ausgangsmetalls, auf die das SIOj-Dotiermittel aufgetragen ist, wirksam. Es wurde ebenfalls festgestellt, daß eine Keramikstruktur aus einem Aluminium-Magnesium-Ausgangsmetall mit Luft oder Sauerstoff als Oxydationsmittel erzielt werden kann, indem MgO als Dotiermittel in einer Menge, die größer ist als ungefähr 0,0008g Mg pro Gramm des zu oxydierenden Ausgangsmetalls und größer als ungefähr 0,003 g Mg pro Ouadratzentimeter der Oberfläche des Ausgangsmetalls, auf die MgO aufgetragen ist, eingesetzt wird. Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert.

Beispiel

Ein zylindrischer Körper aus Aluminium, mit einer nominell bestimmten Zusammensetzung nach der Masse von 8 bis 8,5% Si, 2 bis 3% Zn und 0,1 % Mg als wirksame Dotiermittel und sowohl 3,5% Cu als auch Fe, Mn und Ni, der eigentliche Mg-Gehalt war jedoch manchmal höher als im Bereich zwischen 0,17 und 0,18% und einem Durchmesser von 7,62cm sowie einer Dicke von 1,27cm mit einer dazwischen angeordneten Öffnung von 2,54 cm Durchmesser wurde über einem zylindrisch geformten Trägerkörper an jebracht, bestehend aus aufschäumbarem Schaumpolystyrol mit einem Durchmesser von 7,62 bis 1,27cm und einer Dicke von '1,905cm mit einer dünnen Schicht aus Silikatdotierstoff, so daß sich das Dotiermittel zwischen dem Metall und dem Träger befand. Ein gleichmäßiges, gasdurchlässige* Material, bestehend aus einer Mischung aus 30Ma.-% gebranntem Gips, 70Ma.-% mineralischem Kalziumsilikat und Wasser zu. DÜuung einer verarbeitbaren Paste wurde auf die Metallform und zusätzlich auf alle freigelegten Teile des Trägerkörpers außer dem Boden aufgetragen. Die Metallform schloß das Oberteil, die Seiten und die Öffnung ein. Man ließ die aufgetragene Mischung erstarren, so daß der gebrannte Gips hydrolisierte und so eine Trägerzone, angrenzend an die Metallform, bildet. Diese Metallanhäufung, Trägerkörper und gasdurchlässiges Material befanden sich unter einem Bett aus Wollastonit in einem Feuerfestbehälter.

Die obige Anordnung wurde in einen Ofen mit Luftzufuhr gegeben und fünf Stunden lang bis auf 1000 ⁰C erhitzt. Der Ofen wurde 100 Stunden bei 1000⁰C gehalten und kühlte anschließend im Verlaufe von fünf Stunden auf die Umgebungstemperatur ab. Der geformte Keramikkörper wurde entnommen, und das gleichmäßige, gasdurch ässige Material wurde durch leichtes Sandstrahlen entfernt. Der entstandene Keramikkörper war eine Nachbildung der Form des Vorläufermetalls, einschließlich der Öffnung.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines geformten, selbsttragenden Keramikkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt

(a) Bereitstellung eines geformten Ausgangsmetalls mit einem Formabschnitt;

(b) Auftrag eines gleichmäßigen, gasdurchlässigen Materials auf der Form zur Schaffung einer Form mit einer geformten Oberfläche, die im wesentlichen mit der Form kongruent ist, wobei das Material aus sich heraus selbstbindend zumindest in einer Trägerzone ist, die unmittelbar an die Oberfläche angrenzt und ihr entsprechend verläuft, wodurch die Form ausreichend Kohäsionsfestigkeit erhält, um die Integrität der geformten Oberfläche unter den Verarbeitungsbedingungen, definiert in den nachfolgenden Schritten (d) und (e), aufrechtzuerhalten;

(c) Ausrichten des Ausgangsmetalis und eines Behälters, wobei das Ausgangsmetall mit dem Behälter in Fließverbindung zu bringen ist, die Kapazität des Behälters zumindest ausreichend ist, um im wesentlichen das gesamte Ausgangsmaterial ir. geschmolzenem Zustand aufzunehmen:

(d) Erhitzen des Ausgangsmetalls auf einen Temperaturbereich oberhalb seines Schmelzpunktes, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes seines Oxydationsreaktionsproduktes und die Evakuierung des entstandenen geschmolzenen Ausgangsmetalls aus der Form in den Behälter zur Schaffung einer Formhöhlung;

(e) Fortsetzen des Erhitzens bei Vorhandensein eines Dampfphasenoxydationsmittels und im besagten Temperaturbereich

- (i) die Reaktion des geschmolzenen Ausgangsmetalls mit dem Oxydationsmittel unter Bildung eines Oxydationsreaktionsproduktes,

- (ii) das Verbleiben von zumindest einem Teil des Oxydationsreaktionsproduktes in Kontakt mit und zwischen dem Körper aus geschmolzenem Metall und dem Oxydationsmitteil, um fortlaufend geschmolzenes Metall vom Körper durch das Oxydationsreaktionsprodukt abzuziehen in besagte Form zum Kontakt mit dem Oxydationsmittel, so daß sich das Oxydationsreaktionsprodukt weiterhin innerhalb der Form an der Grenzfläche zwischen Oxydationsmittel und dem zuvor gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt bildet, und

- (iii) die Fortsetzung der Reaktion zum Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes bei Kontakt mit der geformten Oberfläche, dabei die Bildung eines Keramikkörpers, dessen r'orm durch die Form der Formerhöhung geprägt wird, und

(f) die Gewinnung des Keramikkörpers aus der Form.

2. Vorfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Teil des Materials, der zur Bildung der geformten Oberfläche verwendet wird, ein Grenzschichtmaterial enthält, wodurch das Wachstum des Oxydationsreaktionsprodukts an der geformten Oberfläche gehemmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einen Füllstoff enthält, der gegenüber dem Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes durchlässig ist und einschließlich des Wachsens des Oxydationsreaktionsproduktes über die geformte Oberfläche hinaus in den Füllstoff, um zumindest einen Teil des Füllstoffs in dem Oxydationsreaktionsprodukt einzuschließen, wobei der geformte Keramikkörper ein inneres Teilstück enthält, dessen Form durch die Form der Formhöhlung bestimmt wird, und ein äußeres Verbundteilstück, das den Füllstoff umschließt.

4. Verfahren nach jedem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmetall aus einer Gruppe, bestehend aus Aluminium, Silizium, Titan, Zinn, Zirkonium und Hafnium, ausgewählt wird.

5. Verfahren nach jedem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmetall Aluminium ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel ein sauerstoffhaltiges Gas enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel Luft enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Temperaturbereich von ungefähr 85O⁰C bis zu 1450⁰C erstreckt.

9. Verfahren nach jedem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dotiermittel in Verbindung mit dem Ausgangsmetall eingesetzt wird.

10. Verfahren nach jedem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmetall in Gravitationsströmungsverbindung nrvtdem Gefäß ausgerichtet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dehnbarer Träger in den Behälter eingebracht md in Schritt (c) das Ausgangsmetall durch besagten Träger abgestützt wird, wobei der Temperaturbereich ausreichend ist, um den "dehnbaren Träger zu verdampfen, wodurch der Ersatz des dehnbaren Trägers durch das geschmolzene Ausgangsmetall, welches in den Hilfsbehälter gelangt, ermöglicht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (c) das Ausgangsmetall in Fließverbindung mit dem Behälter durch Anbringen des Ausgangsmetalls über einem feuerfesten Träger abgestützt wird, dessen Abmaße und Konfiguration derart sind, d iß sowohl das geschmolzene Ausgangsmetall von der Form in den Behälter fließen kann als auch das Oxydationsreaktionsprodukt vom Behälter in die Formhöhlung wachsen kann.

13. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrschichtmaterial auf die Oberfläche des Füllstoffs, der gegenüber der geformten Oberfläche angeordnet ist, aufgebracht wird, wodurch das Wachstum des Oxydationsreaktionsprodukts am Sperrschichtmaterial verzögert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 3 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bindemittel in das gasdurchlässige Material, zumindest in dessen Trägerzone, eingebaut wird.

15. Verfahren nach Anspruch 2 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrschichtmaterial gebrannten Gips, Portlandzement, Kalziumsilikat und Mischungen daraus umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmetall Aluminium, das Oxydationsmittel ein sauerstoff haltiges Gas ist, einschließlich der Anwendung eines Dotierstoffes in Verbindung mit dem Ausgangsmetall.

17. Verfahren nach Anspruch 3 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein Material enthält, das aus einer Gruppe, bestehend aus Granulaten, Partikeln, Pulver, Fasern, Nadelkristallen, Haufwerk, Körnchen, Hülsen, Feuerfestfaserstoff, Röhrchen oder Mischungen daraus ausgewählt wird.