DD300642A5

DD300642A5 - Verfahren zur Herstellung eines selbttragenden keramischen Verbundkörpers und danach hergestellter selbsttragender keramischer Verbundkörper

Info

Publication number: DD300642A5
Application number: DD318778A
Authority: DD
Inventors: Ratnesh K Dwivedi
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1987-08-10
Filing date: 1988-08-08
Publication date: 1992-06-25
Also published as: US4886766A; EP0303552A3; YU47199B; EP0303552A2; KR890003647A; JPS6469548A; IN170603B; NZ225737A; YU151588A; FI883705A7; ATE87895T1; MX166272B; PH25600A; CN1031694A; AU2052688A; PT88228A; FI883705L; DK444888D0; ZA885836B; CS8805536A2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundkoerpers bereitgestellt, der eine Vielzahl von mit Abstand angeordneten Wandelementen hat, wobei jedes Wandelement zur Festlegung von im wesentlichen durchgehenden Fluiddurchlaessen einen begrenzten Querschnitt aufweist. Die Wandelemente bilden im allgemeinen die Geometrie eines positiven Modells in entgegengesetzten Richtungen umgekehrt nach. Jedes der Wandelemente, die axial ausgerichtet sind, besteht aus einer keramischen Matrix mit einem darin eingebetteten Fuellstoff und wird durch die Oxydationsreaktion eines Ausgangsmetalls zur Bildung eines polykristallinen Materials gewonnen, das im wesentlichen aus dem Oxydationsreaktionsprodukt des Ausgangsmetalls mit einem Oxydationsmittel und wahlweise einem oder mehr Metallen, z. B. nichtoxydierten Bestandteilen des Ausgangsmetalls, besteht. Fig. 1{selbsttragender keramischer Verbundkoerper; Wandelemente; Fluiddurchlasz; begrenzter Querschnitt; positives Modell; keramische Matrix; eingebetteter Fuellstoff; Oxydationsreaktion; Ausgangsmetall; polykristallines Material}

Description

Hierzu 6 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich, allgemein gesagt, auf einen selbsttragenden keramischen zusammengesetzten Körper, der eine Vielzahl von mit Abstand angeordneten Wandelementen hat, wobei jedes einen beschränkten Querschnitt hat und Fluidkanäle festlegt, sowie auf ein Vorfahren zu seiner Herstellung. Genauer gesagt, bezieht sich die ErFndung auF einen selbsttragenden keramischen zusammengesetzten Körper, der aus einer polykristallinen keramischen Matrix besteht, die ein Füllmaterial einbettet und eine Vielzahl von axial ausgerichteten, mit Abstand angeordneven Wandelementen hat, wobei jedes

einen beschränkten Querschnitt besitzt, der die Geometrie eines mit Höhlungen versehenen Modells aus Ausgangsmetall im allgemeinen umgekehrt nachbildet, sowie auf die Verfahren zur Herstellung des zusammengesetzten Körpers, durch Durchtränken der Haufwerke von Füllmaterial mit dem Oxydationsreaktionsprodukt eines Ausgangsmetalls, das als positives Modell vorgeformt ist und umgekehrt in entgegengesetzter Richtung nachgebildet wird, damit sich mit Abstand angeordnete Wandelemente bilden, die Fluidkanäle festlegen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zum Stand der Technik ist die US-Patentanmeldung Nr.819397 mit dem Titel „Zusammengesetzte keramische Artikel und Verfahren zu ihrer Herstellung" bekannt. Darin wird ein neuartiges Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundwerkstoffs durch Wachsenlassen eines Oxydationsreaktionsproduktes aus einem Ausgangsmetall in eine durchlässige Füllstoffmasse offenbart. Der sich ergebende Verbundwerkstoff hat jedoch keine definierte oder vorher festgelegte Gestalt. Das Verfahren des Wachsenlassens eines keramischen Produktes durch ein Oxydationsreaktionsprodukt wird allgemein in der US-Patentanmeldung Nr. 818943 mit dem Titel „Neuartige keramische Werkstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung" offenbart. Diese US-Patentanmeldung legt das Verfahren zur Hei stellung von selbsttragenden keramischen Körpern offen, die als Oxydationsreaktionsprodukt aus einem Ausgangsmetall als Vorstufe gezogen werden. Geschmolzenes Ausgangsmetall wird mit einem dampfförmigen Oxydationsmittel umgesetzt und bildet pin Oxydationsreaktionsprodukt, und das Metall wandert durch das Oxydationsreaktionsprodukt zum Oxydationsmittel hin, wodurch sich kontinuierlich ein polykristalliner keramischer Körper aus dem Oxydationsreaktionsprodukt entwickelt. Im typischen Fall sind in den polykristallinen keramischen Körpern die Kristallite des Oxydationsreaktionsproduktes in mehr als einer Richtung untereinander verbunden, vorzugsweise in drei Richtungen. Wenn der Prozeß nicht bis zum Verbrauch des Ausgangsmetalls durchgeführt wird, ist der erhaltene keramische Körper dicht und im wesentlichen hohlraumfrei. Falls es gewünscht wird, kann der keramische Körper so hergestellt werden, daß or metallische Bestandteile und/oder Poren enthält, die untereinander verbunden oder nicht verbunden sind. Der Prozeß kann durch die Verwendung eines legierten Dotierungsmittels verstärkt werden, wie z. B. im Fall eines Aluminiumausgangsmetalls, das an Luft oxydiert wird. Dieses Verfahren wurde bei Verwendung von äußeren Dotierungsmitteln verbessert, die auf die Oberfläche des Vorstufenmetalls aufgetragen werden, wie in der US-Patentanmeldung Nr.822999 unter dem Titel „Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden keramischen Werkstoffen" offengelegt wurde. Die weitere Entwicklung der vorgenannten Verfahren ermöglicht die Bildung von keramischen Verbundstrukturen, die aus einer polykristallinen keramischen Matrix bestehen, die einen Füllstoff einbettet und eine oder mehr durch die umgekehrte Nachbildung der Geometrie eines geformten Vorstufenausgangsmetalls gebildete Höhlungen hat. Diese Verfahren werden beschrieben in der US-Patentanmeldung Nr.823542 unter dem Titel „Verfahren der umgekehrten Formnachbildung zur Herstellung von keramische ι zusammengesetzten Artikeln und die dadurch erhaltenen Artikel" und der US-Patentanmeldung Nr.896147 unter dem Titel „Verfahren zur Herstellung von keramischen zusammengesetzten Artikeln mit formnachgebildeten Oberflächen und die damit erhaltenen Artikel".

Es wurde auch ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Verbundstrukturen entwickelt, die durch den Einsatz eines geformten Rohkörpers aus durchlässigem Füllstoff eine vorgewählte Form oder Geometrie haben, in die man die keramische Matrix bei der massiven Oxydation eines Ausgangsmetalls wachsen läßt, wie in der US-Patentanmeldung Nr. 861025 unter dem Titel „Geformte keramische Verbundkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung" beschrieben ist. Geformte keramische Verbundkörper mit hoher Genauigkeit sind durch die Verwendung eines Sperrmittels zur Begrenzung oder Hemmung des Wachstums des Oxydationsreaktionsproduktes an einer gewählten Grenze zur Festlegung der Form oder Geometrie der keramischen Verbundstruktur erreicht worden. Dieses Verfahren wird in der US-Patentanmeldung Nr. 861024 unter dem Titel „Verfahren zur Herstellung von geformten keramischen Verbundkörpern unter Verwendung eines Sperrmittels" beschrieben. Ein Faktor bei der Nutzung der Verfahren der oben erwähnten US-Patentanmeldungen zur Herstellung eines keramischen Verbundkörpers ist, daß die eingesetzten Füllmaterialien durchlässig für das Oxydationsmittel sind, wenn es erforderlich ist, daß das Oxydationsmittel in Kontakt mit dem geschmolzenen Ausgangsmetall ist, sowie daß sie weiterhin durchlässig Vür das Eindringen des sich entwickelnden Oxydationsreaktionsproduktes in den Füllstoff sind. Die erzeugten keramischen Verbundstrukturen sind im allgemeinen ein aus einem Stück bestehender, einheitlicher keramischer Verbundkörper, der die ursprüngliche Gestalt eines Füllstoffrohkörpers haben kann oder eine Höhlung enthalten kann, deren Grenzen und Geometrie durch die Form eines vorgeformten Ausgangsmetalls bestimmt werden.

Ziel dbr Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Gebrauchswerteigenschaften von selbsttragenden keramischen Verbundkörpern auf kostengünstige Weise zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es,-ein Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundkörpers vorzuschlagen, mit dem noch eine weitere Verbesserung bei der Bereitstellung eines selbsttragenden keramischen Körpers möglich ist, welcher mit Abstand angeordnete Wandelemente aufweis:, wobei jedes einen beschränkten Querschnitt besitzt und Fluidkanäle festlegt und wobei der keramische Körper durch die umgekehrte Nachbildung eines geformten Ausgangsmetalls hergestellt wird und derartige selbsttragende keramische Verbundkörper verfahrensgemäß herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Bereitstellen eines Ausgangsmetallkörpers, der mindestens eine offene Höhlung und damit eine Wand mit begrenztem Querschnitt und gegenüberliegenden Wapdflächen hat;

(b) Anlagern eines Haufwerks aus anpassungsfähigem Füllstoff an die erwähnten Wandflächen, wobei das erwähnte Füllstoffhaufwerk gekennzeichnet Ist durch (I) seine Durchlässigkeit für das erwähnte Oxydationsmittel, damit, wenn erforderlich/das erwähnte Oxydationsmittel in Verbindung mit dem geschmolzenen Ausgangsmetall in Schritt (c) treten kann, und seine Durchlässigkeit für die Durchtränkung der entsprechenden Füllstoffhaufwerke durch das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes, und (II) das Beibehalten einer ausreichenden Anpassungsfähigkeit, um für das Aufnehmen der Volumenänderung am Schmelzpunkt des erwähnten Ausgangsmetalls sowie jede unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen dem erwähnten Ausgangsmetall und den entsprechenden Füllstoffhaufwerken zu sorgen;

(c) Erhitzen des erwähnten eingebetteten geformten Ausgangsmetalls auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunktes, aber unterhalb des Schmelzpunktes des erwähnten Oxydationsreaktionsproduktes zur Bildung einer geschmolzenen Ausgangsmetallmasse und bei der erwähnten Temperatur

(1) Reagierenlassen des geschmolzenen Ausgangsmetalls mit dem erwähnten Oxydationsmittel zur Bildung des erwähnten Oxydationsreaktionsproduktes.

(2) Halten zumindest eines Teils des erwähnten Oxydationsreaktionsproduktes in Kontakt mit der erwähnten geschmolzenen Metallmasse und dem erwähnten Oxydationsmittel und zwischen ihnen, um fortlaufend geschmolzenes Metall aus der erwähnten geschmolzenen Metallmasse durch das erwähnte Füllstoffhaufwerk zu ziehen, damit sich gleichzeitig die erwähnte Vielzahl von axial ausgerichteten, mit Abstand angeordneten Wänden in dem erwähnten Füllstoffhaufwerk bildet, wenn sich Oxydationsreaktionsprodukt fortgesetzt an der Grenzfläche zwischen dem erwähnten Oxydationsmittel und vorher gebildetem Oxydationsreaktionsprodukt bildet, und

(3) Fortsetzen der erwähnten Reaktion über einen Zeitabschnitt, der ausreicht, um zumindest teilweise den Füllstoff in das erwähnte Oxydationsreaktionsprodukt durch dessen Wachstum einzubetten, damit sich ein selbsttragender keramischer Verbundkörper bildet, der eine Vielzahl von axial ausgerichteten, mit Abstand angeordneten Wänden mit beschränktem Querschnitt hat, die die Geometrie des Modells im allgemeinen umgekehrt nachbilden, wodurch sich mindestens zwei axial ausgerichtete Fluiddurchlässe bilden und

(e) Befreien des resultierenden selbsttragenden Verbundkörpers von überschüssigem Füllstoff, falls vorhanden. Erfindungsgemäß ist auch, daß das erwähnte Haufwerk außerdem eine Stützzone enthält, die von Natur aus selbstbindend nur bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Ausgangsmetalls, aber unterhalb der und ausreichend dicht bei der Oxydationsreaktionstemperatur ist, um das erwähnte Aufnehmen zu ermöglichen, 'erfindungsgemäß ist weiterhin, daß das erwähnte Ausgangsmetall ein Zylinder und die erwähnte Höhlung eine Längsbohrung ist. Erfindiingsgemäß ist auch, daß die Wand des erwähnten Ausgangsmetalls zusätzlich mit mindestens einer Öffnung versehen ist und ein Füllhaufwerk in der erwähnten Öffnung enthalten ist. Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß das Oxydationsreaktionsprodukt das erwähnte Füllmaterial in der erwähnten Öffnung einbettet, damit sich ein Stützmittel in einem Stück mit den erwähnten mit Abstand angeordneten Wänden bildet. Ebenso ist erfindungsgemäß, wenn die erwähnten axial ausgerichteten, mit Abstand angeordneten Wände im wesentlichen konzentrisch sind. Es sind auch erfindungsgemäß, wenn der Einsatz eines Dotierungsmittels zusammen mit dem erwähnten Ausgangsmetall vorgesehen ist. Weiterhin ist erfindungsgemäß, wenn das erwähnte Ausgangsmetall Aluminium ist. Ebenso ist erfindungsgemäß, wenn zusätzlich der Einsatz eines Dotierungsmittels zusammen mit dem erwähnten Ausgangsmetall vorgesehen ist. Weiterhin ist erfindungsgemäß, wenn zusätzlich die wechselseitige Verbindung der erwähnten axial ausgerichteten Wände mit mindestens einer Verbindungsrippe vorgesehen sind. Erfindungsgemäß ist auch, wenn das Oxydationsmittel ein dampfförmiges Oxydationsmittel ist. Erfindungsgemäß ist ebenso, wenn das erwähnte Oxydationsmittel bei der erwähnten Temperatur ein Feststoff ist. Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß das erwähnte Oxydationsmittel aus der aus Siliziumdioxid, Bor, Kohlenstoff, Cordierit und einer reduzierbaren Verbindung bestehenden Gruppe ausgewählt wird. Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß das erwähnte Oxydationsmittel ein sauerstoffhaltiges Gas umfaßt. Es ist auch erfindungsgemäß, daß das erwähnte Oxydationsmittel ein stickstoffhaltiges Gas umfaßt. Ebenso ist erfindungsgemäß, daß das erwähnte Ausgangsmetall Aluminium ist. Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß das erwähnte Ausgangsmetall aus der aus Silizium, Titan, Zinn, Zirkonium und Hafnium bestehenden Gruppe ausgewählt wird. Im Sinne der Erfindung ist es, wenn der erwähnte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem oder mehreren Metalloxiden eines Metalls besteht, das aus der Gruppe Aluminium, Zer, Hafnium, Titan, Silizium, Magnesium, Bor, Lanthan, Neodym, Praseodym, Samarium, Skandium, Thorium, Uran, Yttrium und Zirkonium ausgewählt wird. Erfindungsgemäß ist auch, wenn die erwähnte keramische Matrix ein Oxid, ein Nitrid, ein Karbid oder ein Borid enthält. Erfindungsgemäß ist ebenso, wenn der erwähnte Ausgangsmetallkörpor aus zwei mit Abstand angeordneten am Ende offenen Zylindern besteht. Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß die Grenzwand des erwähnten Ausgangsmetallkörpers mit einem Sperrmittel versehen ist. Das Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden Verbundkörpers ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Bereitstellen eines am Ende offenen Zylinders, dar aus dem erwähnten Aluminiumausgangsmetall besteht und mindestens eine Öffnung in der Wand des erwähnten Zylinders hat,

(b) Aufbringen eines ersten Haufwerks von anpassungsfähigem Füllstoff auf die gegenüberliegenden Wandoberflächen des erwähnten Zylinders und Einbringen eines zweiten Haufwerks von Füllmaterial in die erwähnte Öffnung, wobei die erwähnten Füllmaterialhaufwerke dadurch gekennzeichnet sind, daß sie

(1) durchlässig für das erwähnte Oxydationsmittel sind, damit das erwähnte Oxydationsmittel, falls erforderlich, mit dem geschmolzenen Ausgangsmittel in Schritt (c) in Verbindung tritt, und durchlässig für das Eindringen des Wachstums des Oxydationsreaktionsproduktes durch die entsprechenden Füllstoffhaufwerke sind und (2) eine ausreichende Anpassungsfähigkeit beibehalten, um die Volumenänderung des erwähnten Ausgangsmetalls am Schmelzpunkt und jede unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen dem erwähnten Ausgangsmetall und den jeweiligen Füllstoffhaufwerken aufzunehmen,

(c) Erhitzen des erwähnten eingebettete» geformten Ausgangsmetalls auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunktes, aber unterhalb des Schmelzpunktes des erwähnten Oxydationsreaktionf Produktes zur Bildung einer geschmolzenen Ausgangsmetallmasse und bei der erwähnten Temperatur

(1) Reagioreniassen des geschmolzenen Ausgangsmetalls mit dem erwähnten Oxydationsmittel zur Bildung des erwähnten Oxydationsreaktionsproduktes,

(2) Halten zumindest eines Teils des erwähnten Oxydationsreaktionsproduktes in Kontakt mit der geschmolzenen Metallmasse und dem erwähnten Oxydationsmittel sowie zwischen ihnen, damit fortlaufend geschmolzenes Metall aus der erwähnten geschmolzenen Metallmasse durch das Oxydationsreaktionsprodukt und in die erwähnten Füllstoffhaufwerke gezogen wird, so daß sich gleichzeitig mit Abstand angeordnete Zylinder in dem -erwähnten ersten Füllstoff haufwerk und radial angeordnete Rippen im erwähnten zweiten Füllstoffhaufwerk bilden, während sich OxyJationsreaktio.nsprodukt fortgesetzt an der Grenzfläche zwischen dem erwähnten Oxydationsmittel und vorher gebildetem Oxydationsreaktionsprodukt bildet,

(3) Fortsetzen der erwähnten Reaktion über einen Zeitabschnitt, der ausreicht, um zumindest teilweise den Füllstoff in das erwähnte Oxydationsreaktionsprodukt durch das Wachstum des letzteren einzubetten, damit sich ein selbsttragender keramischer Verbundkörper bildet, der eine Vielzahl von konzentrischen, mit Abstand angeordneten Zylindern und radial angeordnete Rippen als Stützmittel für die erwähnten mit Abstand angeordneten Zylinder hat, die die Geometrie des Modells im allgemeinen umgekehrt nachbilden, wodurch sich axial ausgerichtete Fluiddurchlässe bilden, und

(e) Befreien des resultierenden selbsttragenden Verbundkörpers von überschüssigem Füllstoff, falls vorhanden. Erfind·, ngsgenäß ist weiterhin, daß das erwähnte dampfförmige Oxydationsmittel ein sauerstoffhaltiges Gas ist und das erwähnte Oxydationsrciktionsprodukt aus Aluminiumoxid besteht. Ebenso ist erfindungsgemäß, daß die Grenzwand des erwähnten Ausgangsmetallzylinders mit einem Sperrmittel versehen ist. Es ist auch erfindungsgemäß, daß ein Dotierungsmittel zusammen mit dem erwähnten Aluminiumausgangsmetall verwendet wird. Der selbsttragende keramische Verbundkörper ist gekennzeichnet durch eine Vielzahl axial ausgerichteter, mit Abstand angeordneter, zylinderischer Wände, die einen eine Mittelbohrung und mindestens einen in Längsrichtung liegenden Kanal zwischen don Wänden bildenden begrenzten Querschnitt aufweisen, und ein Verbindungamittel, das die erwähnten zylindrischen Wände auf Abstand hält, wobei die erwähnten Wände und das erwähnte Verbindungsmittel aus einer polykristallinen keramischen Matrix besteht, die einen Füllstoff aufnimmt, wobei die erwähnten Wände und das erwähnte Verbindungsmittel im allgemeinen die Geometrie eines in einem Füllmaterialhaufwerk angeordneten Ausgangsmetalls bei Verlagerung des erwähnten Metalls aus seiner ursprünglichen Lage umgekehrt nachbilden, so daß sich die erwähnten Wände und das erwähnte Verbindungsmittel gleichzeitig mit der Oxydationsreaktion des geschmolzenen Ausgangsmetalls bilden, das aus seiner ursprünglichen Lage abtransportiert wird, so daß sich die erwähnte polykristalline keramische Matrix innerhalb der erwähnten Füllstoffhaufwerke bildet, wobei die erwähnte keramische Matrix aus dem Oxydationsreaktionsprodukt des erwähnten Ausgangsmetalls mit einem Oxydationsmittel besteht. Erfindungsgemäß ist auch, daß das erwähnte Ausgangsmetall aus Aluminium und das erwähnte Oxydationsreaktionsprodukt aus Aluminiumoxid besteht.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundkörpers bereitgestellt, der eine Vielzahl von mit Abstand angeordneten Wandelementen hat, wobei jedes Wandelement einen beschränkten Querschnitt zur Festlegung von im wesentlichen kontinuierlichen Fluidkanälen besitzt. Die Wandelemente bilden im allgemeinen die Geometrie eines positiven Modells in entgegengesetzten Richtungen umgekehrt nach. Jedes der axial ausgerichteten Wandelemente besteht aus einer keramischen Matrix, die einen darin eingebetteten Füllstoff hat. Man erhält s^!a durch die Oxydationsreaktion eines Ausgangsmetalls zur Bildung eines polykristallinen Materials, das im wesentlichen aus dem Oxydationsreaktionsprodukt des Ausgangsmetalls mit einem Oxydationsmittel und wahlweise einem oder mehreren Metallan, z. B. nichtoxydierten Bestandteilen des Ausgangsmetalls. Das Verfahren umfaßt also die folgenden Schritte: Das Ausgangsmetall wird geformt, um ein zylindrisches Modell (wie es weiter unten definiert wird) zu erhalten, das mindestens eine offene Höhlung oder Bohrung aufweist, wodurch sich gegenüberliegende Wandflächen bilden, d. h. die Innenwand der Höhlung und die Außenwand. Die Wanddicke, die beim Formen des Metallmodells vorbestimmt wird, bestimmt den Abstand zwischen den Wandelementen im Endprodukt. Ein Füllmaterial wird an beide Wandflächen des zylindrischen Modells angelagert. Die Füllmaterialhaufwerke können sich über die gesamte Oberfläche jeder Wand oder nur über einen vorbestimmten Anteil ode. eine vorbestimmte Fläche erstrecken, und die bedeckte Fläche bestimmt die Fläche der Wandelemente des zusammengesetzten Endproduktes. Das Füllmaterial ist durchlässig für das Oxydationsmittel, wenn erforderlich, wie in dam Fall, bei dem das Oxydationsmittel ein dampfförmiges Oxydationsmittel ist, und ist in jedem Fall durchlässig für das Eindringen des sich entwickelnden Oxydationsreaktionsprodukt6s und hat eine ausreichende Anpaßbarkeit über das Aufheiztemperaturintervall zur Aufnahme der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung zwischen dem Füllstoffhaufwerk und dem Ausgangsmetall sowie der Volumenänderung des Metalls am Schmelzpunkt. Jedes Füllmaterialhaufwerk ist, zumindest in Stützzonen, die von der Hohlraumwand nach innen und von der äußeren Wand nach außen angeordnet sind, um so das Modell einzuhüllen, von Natur aus oberhalb einer Temperatur selbstbindend, die oberhalb des Schmelzpunktes des Ausgangsmetalls, aber unterhalb der Oxydationsreaktionstemperatur und vorzugsweise sehr dicht bei ihr liegt, wodurch die Füllmaterialhaufwerke eine ausreichende kohäsive Festigkeit besitzen, um die umgekehrt nachgebildete Geometrie des Modells im Innern der Haufwerke bei Wanderung des Ausgangsmetalls beizubehalten, wie unten beschrieben wird. Das geformte Ausgangsmetall wird mit angelagerten Haufwerken auf einen Temperaturbereich oberhalb seines Schmelzpunktes, aber unterhalb des Schmelzpunktes des Oxydationsreaktionsproduktes erhitzt, damit sich eine Masse aus geschmolzenem Ausgangsmetall bildet, und das geschmolzene Ausgangsmetall wird in diesem Temperaturbereich oder -Intervall mit dem Oxydationsmittel umgesetzt und bildet das Oxydationsreaktionsprodukt. Zumindest ein Teil des Oxydationsreaktionsproduktes wird in diesem Temperaturbereich und in Verbindung mit der geschmolzenen Metallmasse und dem Oxydationsmittel und zwischen ihnen gehalten, wodurch geschmolzenes Metall fortlaufend aus der geschmolzenen Metallmasse durch das Oxydationsreaktionsprodukt gezogen wird und sich das OxydationsreaktionsprocJukt fortgesetzt an der Grenzfläche zwischen dem Oxydationsmittel und Vorher gebildetem Oxydationsreaktionsprodukt bildet. Diese Reaktion wird in diesem Temperaturbereich über einen Zeitabschnitt fortgesetzt, der ausreicht, um zumindest teilweise beide Haufwerke mit dem Oxydationsreaktionsprodukt durch sein Wachstum zu durch'ränken, v/obei sich gleichzeitig die mit Abstand angeordneten Wandelemente bilden, von denen jedes einen beschränkten Querschnitt hat und einen definierten vorhir vom Metal! eingenommenen Durchlaß oder Kanal zwischen ihnen und oinyn durch das innerste Wandelement begrenzten zentralen Durchlaß oder Kanal freiläßt. Das heißt, Oxydationsreaktionsprodukt wächst in entgegengesetzten Richtungen in die Haufwerke, und die Wanderung und Umwandlung des Metalls führt zur Bildung einer keramischen Matrix, die in entgegengesetzten Richtungen den angrenzenden Teil des Metallmodells umgekehrt nachbildot, wodurch sich Fluiddurchlässe bilden. Der Fluiddurchlaß zwische'i den Wandelementen ist das Abbild der Wand des Ausgangsmetalls. Der resultierende selbsttragende

Verbundkörper wird von überschüssigem Füllmaterial befreit, falls vorhanden, und das gewonnene Produkt umfaßt einen zylindrischen keramischen Verbundkörper mit vielen Wänaen und mit einem Fluiddurchlaß in Längsrichtung zwischen den Wandolementervund dem zentralen Fluiddurchlaß. Die Wandelemente sind axial ausgerichtet und vorzugsweise koaxial ausgerichtet, so daß die Wände im wesentlichen konzentrisch sind.

In einer weiteren Form der Erfindung wird ein Mittel zur Stützung der Wandelemente gegen da3 Zusammenbrechen und Aufrechterhalten der Wände in ihrer Anordnung mit Abstand vorgesehen. Bei einer Ausführungsform wird das Stützmittel in einem Stück mit dem keramischen Verbundkörper durch das Vorsehen von einigen Öffnungen oder Bohrungen im Modell und Füllen der Öffnungen mit Füllmaterial gebildet. Während der Verarbeitung wächst das Oxydationsreaktionsprodukt als Matrix in diesen Füllstoff wie auch in die an die Wände angrenzenden Füllstoffhaufwerke, wodurch sich keramische Verbindungsrippen zwischen den Wandelementen bilden. In einer weiteren Ausführungsform, die ein Ausgangsmetallmodell von zwei oder mehr Zylindern verwendet, kann ein Stützmittel zwischen den Zylindern enthalten sein, und bei der Entstehung in den keramischen Verbundkörper hinein wird das Stützmittel an Ort und Stelle durch das Oxydationsreaktionsprodukt gebunden, wodurch es die mit Abstand angeordneten keramischen Zylinder verbindet und stützt

Die verwendeten Definitionen sind wie folgt zu verstehen:

„Keramik" soll nicht unangemessenerweise so ausgelegt werden, daß sie auch auf einen keramischen Körper im klassischen Sinne eingeschränkt ist, d.h. in dem Sinne, daß sie vollständig auu r.u'.himetallisc'ien und anorganischen Materialien besteht, sondern bezieht sich vielmehr auf einen Körper, der überwiegend kerroiisch entweder hinsichtlich der Zusammensetzung oder der vorherrschenden Eigenschaften ist, obwohl der Körper kleinere oder beträchtliche Mengen von einem oder einigen metallischen Bestandteilen enthalten kann, die sich aus dem Aus_L.angsmotall ableiten oder aus dem Oxydationsmittel oder Dotierungsmittel ausgeschmolzen sind, im typischsten Fall im Dareich von etwa 1 bis 40 Vol.-%, kann aber noch mehr Metall enthalten.

„Oxydationsreaktionsprodukt" bedeutet im allgemeinen ein oder mehr Metalle in irgendeinem oxydierten Zustand, in dem das Metall Elektronen an ein anderes Element, an eine andere Verbindung oder eine Kombination daraus abgegeben hat oder Elektronen mit diesen teilt. Demgemäß umfaßt ein „Oxydatiorisreaktionsprodukt" nach dieser Definition das Produkt der Reaktion von einem oder mehr Metallen mit einem Oxydationsmittel, wie hier beschrieben wird.

„Oxydationsmittel" bedeutet ein oder mehr geeignete Elektronerakzeptoren oder Stoffe, die Elektronen gemeinsam haben, und kann ein Element, eine Kombination von Elementen, eine Ves bindung oder eine Kombination von Verbindungen einschließlich reduzierbarer Verbindungen sein und ist ein Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas (Dampf) oder eine bestimmte Kombination davon (z. B. ein Feststoff und ein Gas) bei den Verfahrensbedingungen.

„Ausgangsmetall" bezieht sich auf das Metall, z.B. Aluminium, das die Vorstufe für das polykristalline Oxydationsreaktionsprodukt darstellt, und enthält dieses Metall als relativ reines Metall, als handelsübliches Metall mit Verunreinigungen und/oder Legierungsbestandteilen oder als Legierung, in der das Vorstufenmetall der Hauptbestandteil ist; und wenn ein genau bezeichnetes Metall als Ausgangsmetall erwähnt wird, z. B. Aluminium, dann sollte man das Metall mit dieser Definition im Gedächtnis lesen, wenn nichts anderes durch den Kontext angegeben wird.

„Zylindrische Wand" oder „zylindrisches Wandelement" sollten nicht unangebrachterweise so ausgelegt werden, daß sie auf eine Wand beschränkt sind, deren Form im Querschnitt einen Kreis beschreibt, sondern beziehen sich vielmehr auf jede Wand, deren Querschnitt irgendeine geeignete begrenzte Form hat, wie z. B. kreisförmiger, elliptischer, dreieckiger, rechteckiger oder irgendein anderer polygonaler (z. B. fünfeckiger, achteckiger) Querschnitt. Weiterhin schließt der Ausdruck Wände ein, deren Oberflächen nicht nur eben und glatt sind, sondern auch Wände mit irgendeiner Art oder Form von Welligkeit, wie z. B. sägeartig, sinusförmig, gewellt oder dergleichen.

Ausführungsbeispiele

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden

Es zeigen

Fig. 1: eine Horizontalansicht eines Modells aus einem Ausgangsmetall, das als zylindrisches Rohr geformt ist und eine

Vielzahl von Bohrungen aufwoist, die sich quer durch die Zylinderwand erstrecken; Fig. 2: eine Ansicht des Querschnitts der Linie 2-2 nach Fig. 1 mit Füllmaterial an Ort und Stelle; Fig. 3: eine Horizontalansicht des geformten Ausgangsmetalls, das eine andere Ausführungsform illustriert; Fig. 4: eine Vorderansicht des geformten Ausgangsmotalls nach Fig. 3 mit Füllmaterial an Ort und Stelle; Fig. 5: eine Längsansicht im Querschnitt, die die Anordnung eines Modells aus geformten Ausgangsmetall nach Fig. 1 zeigt, das in ein Haufwerk von teilchenförmigem Füllstoff eingebettet ist und von einem feuerfesten Behälter aufgenommen

wjrd; Fig. 6: ;ine vergrößerte Teilschnittansicht einer Schlitzfläche des geformten Ausgangsmetalls nach Fig. 5, die die Stützzone im

Füllmaterial zeigt; Fig. 7: eine Horizontalansicht eines selbsttragenden keramischen Verbundkörpers, der in Übereinstimmung mit der Erfindung

unter Verwendung des Ausgangsmetallmodells nach Fig. 1 hergestellt wurde; Fig. 8: eine Vorderansicht des selbsttragenden keramischen Verbundkörpers nach Fig.7; Fig. 9: eine Vorderansicht eines Modells aus Ausgangsmetall, das als ein Paar konzentrisch angeordneter zylindrischer Rohre

geformt ist, wobeijedesRohreineVielzahl von Bohrungen aufweist.diesichquer durch die Wand jedesZylinders erstrecken; Fig. 10: eine Vorderansicht eines selbsttragenden keramischen Körpers, der gemäß der Erfindung unter Verwendung des

Ausgangsmetalls nach Fig.9 hergestellt wurde; Fig. 11: eine Querschnittsansicht eines Ausgangsmetallmodells, der bei der Herstellung eines keramischen Verbundkörpers

durch eine andere Ausführungsform vorteilhaft einzusetzen ist und Fig. 12: die Ansicht eines selbsttragenden keramischen Körpers, der gemäß der Erfindung unter Verwendung des Ausgangsmetallmodells nach Fig. 11 hergestellt wurde.

Bei der Realisierung der vorliegenden Erfindung wird das Ausgangsmetall in Form einer Matrix oder eines Modells vorgesehen, das mindestens eine sich axial erstreckende Bohrung, Höhlung, einen Kanal oder dergleichen aufweist, der zumindest an einem Ende offen ist. Durch das Praktizieren der Methode der vorliegenden Erfindung wird das Ausgangsmetallmodoll in entgegengesetzten Richtungen umgekehrt nachgebildet und erzeugt einen selbsttragenden keramischen Verbundkörper, der eine Vielzahl von mit Abstand angeordneten Wänden enthält, von denen jede einen beschränkten Querschnitt hat. Durch die Frfindung erübrigen sich die Schritte zur Herstellung von getrennten zylindrischen Körpern, die dann konzentrisch angeordnet und miteinander verbunden werden. Der Ausdruck „umgekehrt nachgebildet" bedeutet, daß der Raum zwischen den Wänden im Produkt durch die gegenüberliegenden Oberflächen der angrenzenden keramischen Wände definiert wird, die im wesentlichen kongruent zur Originalform des Ausgangsmetalls sind. Das heißt, wenn das Ausgangsmetall als Modell ein zylindrisches Rohr mit kreisförmigem Querschnitt darstellt, dann hat der zwischen den Wandelementen des keramischen Produktes gebildote Raum im wesentlichen die gleiche Tiefe wie die Dicke der Zylinderwand und ist kreisförmig im Querschnitt als das negative Abbild der Geometrie des Modells.

Das Ausgangsmetallmodell kann mit irgendeinem Mittel geformt worden, solange es mindestens eine Bohrung oder Höhlung enthält, die sich vorzugsweise in Längsrichtung durch das geformte Ausgangsmetall erstreckt, z. B. ein zylindrisches Rohr. Zum Beispiel kann ein Stück Metall, wie z. B. ein Rohr, eine Röhre odor irgendeine andere Rohrleitung, die eine sich vollständig durch sie hindurchziehende in Längsrichtung liegende Bohrung hat, wodurch sich ein Zylinder bildet, in geeigneter Weise maschinell bearbeitet, gegossen, geformt, extrudiert oder auf andere Weise geformt werdon, um das geformte Modell zu erhalten. Das Ausgangsmetall als das Modell kann Nuten, Bohrungen, Öffnungen, Nischen, Naben, Flansche oder dergleichen haben, damit sich eine Vorlage zur Bildung eines Stützmittels für den keramischen Verbundkörper ergibt, wie unten ausführlicher erläutert wird.

Das Ausgangsmetallmodell kann jeden geeigneten begrenzton Querschnitt haben, der von kreisförmig bis polygonal reicht, wie oben definiert. Ungeachtet der Form des Ausgangsmetalls wird ein Füllmaterial an die Wandflächen des Modells angetragen, wozu die Hohlraum- oder Innenwand und die äußere Wand gehört, und vorzugsweise sind die Wandflächen parallel, wodurch sich ein Fluiddurchlaß von im wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt ergibt. Es ist ratsam, den Hohlraum mit einem abpaßbaren Füllmaterial zu füllen, das dann in ein weiteres anpaßbare», von einem geeigneten Tiegel oder Behälter aufgenommenen Füllmaterialhaufwerk eingebettet wird. Die beiden Füllmaterialien können dieselbe oder unterschiedliche Zusammensetzung, Qualität, Reinheit oder Struktur haben. Das Modell definiert also einen geformten Hohlraum in den anpaßbaren Haufwerken aus Füllmaterial und nimmt den geformten Hohlraum innerhalb dieser Füllmasse ein. Wenn das den Raum einnehmende Ausgangsmetall schließlich geschmolzen wird und oxydiert und aus dem gefüllten Raum wandert, entwickelt sich eine Vielzahl von im Querschnitt beschränkten und axial ausgerichteten keramischen Wänden in entgegengesetzten Richtungen, wodurch sie einen Raum bilden, der Grenzen im resultierenden keramischen Verbundkörper hat, die im wesentlichen kongruent zur Form des ursprünglichen Ausgangsmetallmodells sind. Die Wandstärke des Ausgangsmetallmodells kann also die Querschnittsbreite des Raums zwischen den Wandelementen festlegen. Das resultierende keramische Verbundprodukt besitzt im wesentlichen geometrische Gestalt des ursprünglichen Modells, die an die Schmelzpunkt- und differentiellen Volumenänderungen durch thermische Ausdehnung des Ausgangsmetalls während der Verarbeitung hinsichtlich des gebildeten und abgekühlten Verbundkörpers angepaßt ist. Die vorliegende Erfindung bietet in einer Hinsicht den Vorteil, einen keramischen Körper von komplizierter Geometrie durch die maschinelle Bearbeitung eines Metallmodelis und nicht durch die maschinelle Bearbeitung einer Keramik zum Erreichen der Form zu produzieren, die schwieriger und kostenaufwendiger ist.

Obwohl die Erfindung unten ausführlich mit Bezugnahme auf Aluminium als dem bevorzugten Ausgangsmetall beschrieben wird, gehören zu den anderen geeigneten Ausgangsmetallen, die die Kriterien der vorliegenden Erfindung erfüllen, Silizium, Titan, Zinn, Zirkonium und Hafnium, sind aber nicht darauf beschränkt.

Bei der Ausfühiung des Verfahrens dieser Erfindung wird die Anordnung von Ausgangsmetall als Muster und Füllstoff haufwerken in einer oxydierenden Umgebung auf eine Temperatur o! erhalb des Schmelzpunktes des Metalls, aber unterhalb des Schmelzpunktes des Oxydationsreaktionsproduktes erhitzt, was zu einer Masse oder einer Pfütze geschmolzenen Metalls führt. Bei Kontakt mit dem Oxydationsmittel reagiert das geschmolzene Metall und bildet eine Oxydationsreaktionsproduktschicht. Bei fortgesetzter Einwirkung der oxydierenden Atmosphäre wird das übrigbleibende geschmolzene Metall innerhalb eines geeigneten Temperaturbereichs fortlaufend in das Oxydationsreaktionsprodukt und durch es hindurch in Richtung auf das Oxydationsmittel und in die Füllstoffhaufwerke gezogen, bildet dort bei Kontakt mit dem Oxydationsmittel weiteres Oxydationsreaktionsprodukt.

Zumindest ein Teil des Oxydationsreaktionsproduktes bleibt in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall und dem Oxydationsmittel und bleibt zwischen ihnen, so daß ein fortgesetztes Wachstum des polykristallinen Oxydationsreaktionsproduktes in den Füllstoffhaufwerken verursacht wird, wodurch der Füllstoff im polykristallinen Oxydationsreaktionsprodukt durchtränkt und eingebettet wird. Das polykristalline Matrixmaterial wächst weiter, solange geeignete Oxydationsreaktionsbedingungen aufrechterhalten werden und irgendein Tei! von dem unoxydierten Ausgangsmetallkörper übrigbleibt.

Das Verfahren wird fortgesetzt, bis das Oxydationsreaktionsprodukt die gewünschte Menge der Füllstoff haufwerke durchtränkt und eingebettet hat. Das resultierende keramische Verbundprodukt enthält Füllstoff, der von einer keramischen Matrix eingebettet wird, die aus einem polykristallinen Oxydationsreaktionsprodukt und wahlweise einem oder mehr nichtoxydierten Bestandteilen des Ausgangsmetalls, ausgeschmolzenen Bestandteilen von festem oder flüssigem Oxydationsmittel, von Dotierungsbestandteilen, oder Hohlräumen oder einer Kombination daraus besteht. In diesen polykristallinen keramischen Matrizen sind im typischen Fall die Kristallite des Oxydationsreaktionsproduktes untereinander in mehr als einer Dimension verbunden, vorzugsweise in drei Dimensionen, und die Metalleinschlüsse oder Hohlräume können teilweise untereinander verbunden sein. Wenn das Verfahren nicht bis zum völligen Verbrauch des Ausgangsmetalls weitergeführt wird, ist der erhaltene keramische Verbundkörper relativ dicht und im wesentlichen hohlraumfrei. Wenn das Verfahren bis zum Abschluß durchgeführt wird, d.h., wenn vom Metall so viel oxydiert worden ist, wie bei den Verfahrensbedingungen wünschenswert oder möglich ist, bilden sich Poren an Stelle von untereinander verbundenem Metall im keramischen Verbundkörper. Das resultierende keramische Verbundprodukt dieser Erfindung besteht aus einer Vielzahl von axial ausgerichteten, mit Abstand angeordneten zylindrischen Wänden, die die geometrische Gestalt des ursprünglichen Modells im allgemeinen umgekehrt in

entgegengesetzten Richtungen nachbilden und hinsichtlich des gebildeten und abgekühlten Verbundkörpers an Schmelzpunkt- und differentielle Volumenänderungen des Ausgangsmetalls durch thermische Ausdehnung während der Verarbeitung angepaßt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wandelemente koaxial angeordnet, und das keramische Produkt besteht aus einem zentralen Fluidkannl und einem oder mehr konzentrisch angeordneten Pluidkanälen. Ein Produkt dieser Art und Struktur wäre besonders vorteilhaft einsetzbar als Wärmetauscher.

Wendet man sich im Detail den Zeichnungen zu, bei denen die gleichen Bezugszahlen sich über alle verschiedenen Ansichten auf ähnliche Teile beziehen, so sind in den Fig. 1 und 2 perspektivische Ansichten eines mit Höhlungen versehenen Ausgangsmetallmodells 10 dargestellt, welche wie ein zylindrisches Rohr oder Zylinder geformt ist, der eine Wand 12 und eine zentrale Bohrung 14 hat, die sich axial durch ihn hindurch erstreckt. Das zylindrische Rohr (Fig. 1) hat eine Vielzahl von Bobrurg-M 16, die sich quer durch ilio Wand 12 des Zylinders 10 erstrecken. In der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform hat des zylindrische Rohr eine Vielzahl von länglichen Schlitzen 18, die sich in Längsrichtung durch fast einen gamon Abschnitt der Wand 12 des Zylinders erstrecken. In diesen Ausführungsformen wird jede der Bohrungen 16 und Schlitze 18 mit einem Füllmaterial versehen (Fig.2 und 4). Ein weiteres Füllstoffhaufwerk 22 aus dem gleichen Material wie das vom Füllstoffhaufwerk 20 oder aus einem anderen Material wird in jeder zentralen Bohrung 14 untergebracht. Wenn os aber gewünscht wird, kann die Innenwand jedes Zylinders mit einem Haufwerk von vorher festgelegter Dicke ausgekleidet werden, um so nur einen Teil der Bohrung zu füllen, und die am weitesten nach innen zu liegende Haufwerksgrenze wird mit einer geeigneten Sperre zur Hemmung des Wachstums versehen (nicht gezeigt und unten ausführlich beschrieben). Wenn eine Bohrung ein großes Verhältnis Länge:Durchmesser hat, kann vielleicht ein gasförmiges Oxydationsmittel das Haufwerk während des Verfahrensablaufs nicht leicht durchdringen, wodurch loses Haufwerk zurückbleibt, und in solch einem Fall kann es nützlich sein, das Haufwerk mit einem flüssigen oder festen Oxydationsmittel zu versehen, wie unten ausführlicher beschrieben wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Füllstoffhaufwerke 20 und 22 vorzugsweise aus einem sinterbaren odor selbstabbindenden Füllstoff oder einem ar bindenden oder sinternden Mittel oder enthalten einen sinterbaren oder selbstabbindenden Füllstoff oder ein abbindendes oder sinterndes Mittel (wie unten erklärt), dessen Ausdehnung oder äußerster Abstand voiii Ausgangsmeiallmodell 10 durch die gepunkteten Linien 21 dargestellt wird (Fig. 6). Es sollte sich von selbst verstehen, diß solch eine selbstabbindende Zone nur einen Teil des Haufwerks odor im wesentlichen das ganze Haufwerk umfassen kann, und weiterhin kann das Füllmaterial von Natur au j selbstbindend sein, entweder wegen einer dem Füllmaterial innewohnenden Eigenschaft oder weil ein geeignetes Material in das Haufwerk eingearbeitet wird, um ausreichende Bindungskraft zu erreichen. Wia in Fig. 5 lediglich als Beispiel erlauf art wird, sind die am äußersten Ende befindlichen Stirnwände des Ausgangsmetallmodells 10 mit einer geeigneten Spei re (unten ausführlich beschrieben) versehen, und das Ausgangsmetallmodoll wird dann in ein Haufwerk von besonderem Füllstoff eingebettet, der von einer· ι feuerfesten Behälter 25, wie z. B. einem Aluminiumoxidgefäß, aufger immen wird. Die Füllstoffhaufwerke 20; 22 und 24 von Füllstoff können gleich oder unterschiedlich in der Zusammensetzung, Reinheit oder Art sein.

Bei Erwärmung der Anordnung nach Fig. 5 auf eine ausreichend hohe Temperatur, so daß das Ausgangsmetall schmilzt, oxydiert ein Oxydationsmittel, wie z. B. ein dampfförmiges Oxydationsmittel, das die Haufwerke durchdringt und in Verbindung mit dem geschmolzenen Metall kommt, das geschmolzene Metall und das Wachstum des daraus resultierenden Oxydationsreaktionsproduktes durchtränkt die Füllstoffhaufwerke 20; 22 und 24. Das Sperrmittel 23 hemmt das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes von den Stirnwänden des Modells. Wenn z.B. das Ausgangsmetall ein Aluminiumausgangsmetall und Luft das Oxydationsmittel sind, kann die Oxydationsreaktionstemperatur 69O⁰C bis etwa 145O⁰C betragen, vorzugsweise von etwa 900⁰C bis etwa 135O⁰C, und das Oxydationsreaktionsprodukt ist im typischen Fall Alpha-Aluminium. Geschmolzenes Metall wandert durch die sich bildende Schicht des Oxydationsreaktionsproduktes aus dem früher vom Ausgangsmetallmodell 10 eingenommenen Volumen, was auf Grund der Undurchlässigkeit der wachsenden Oxydationsreaktionsprodukthaut für die umgebende Atmosphäre zu einem verringerten Druck in diesem Volumen und zu einem Nettodruck führt, der auf die behälterähnliche Hdut des Oxydationsreaktionsproduktes wirkt. Die Füllstoffhaufwerke 20; 22 und 24 (oder ihre Stützzonen) könnan von Natur aus selbstbindend bei oder oberhalb einer Selbstabbindetemperatur sein, die oberhalb des Schmelzpunktes des Ausgangsmetalls und dicht bei, aber unterhalb der Oxydationsreaktionstemperatur liegt. Daher sintern beim Erwärmen auf ihre Selbstabbindetemperatur, aber nicht vorher, die Füllstoffhaufwerke 20; 22 und 24 oder ihre Stützzonen oder binden selbst ab und haften am wachsenden Oxydationsprodukt ausreichend, so daß she den Haufwerken ausreichend Festigkeit verleihen, d.h. die entsprechenden Stützzonen, um dem Druckunterschied zu widerstehen und dadurch in jedem Füllstoffhaufwerk die Geometrie der zylindrischen Wände und der darin durch Anpassung der Haufwerke an die Form vom Ausgangsmetallmodell 10 gebildeten gefüllten Höhlung aufrechtzuerhalten. Wie ausführlich unten beschrieben wird, würden selbstabgebundene Füllstoffe durch Ausdehnung o'es Metalls rissig oder zerbrochen werden, falls die Füllstoffe vor dem Abschluß der Ausdehnung des Ausgangsmetalls bei seiner Erwärmung und seinem Schme'zen im bedeutenden Umfang selbst abbinden sollten. In einer Ausführungsform, bei der nur eine Stützzone von Füllmaterialien einen sinterbaren oder selbstabbindenden Füllstoff oder ein abbindendes oder einterndes Mittel enthält oder umfaßt, zeigen die Punktlinien, die Linien 21, in Fig. 6 die Ausdehnung der Stützzone in den Haufwerken an. Wenn sich die Reaktion fortsetzt, wird der Hohlraum in den Füllstoffhaufwerken 20; 22 und 24, der vorher vom Ausgangsmetallmodell 10 aufgefüllt wurde, durch die Wanderung des geschmolzenen Ausgangsmetalls durch das Oxydationsreaktionsprodukt zu seiner äußeren Oberfläche, wo es in Verbindung mit dem dampfförmigen Oxydationsmittel kommt und oxydiert wird und weiteres Oxydationsreaktionsprodukt bildet, im wesentlichen vollkommen geleert. Das Oxydationsreaktionsprodukt umfaßt ein polykristallines keramisches Material, das, je nach den Verfahrensbedingungen und Reaktionspartnern, Einschlüsse von Ausgangsmetallbestandteilen wie auch ausgeschmolzene Bestandteile des Dotierungsmittels und festen oder flüssigen Oxydationsmittels, falls verwendet, enthalten kann. Beim Abschluß der Reaktion und Leerung des vorher vom Ausgangsmetallmodell 10 eingenommenen Volumens läßt man die Anordnung abkühlen, um den resultierenden keramischen Verbundkörper 26 zu bekommen (Fig.7 und 8). Der entstandene Verbundkörper 26 besteht aus den konzentrischen Zylindern 28 und 30, die einen zentralen Durchlaß 29 und einen umgebenden Durchlaß 31 haben. Die zwei Zylinder haben durch eine Vielzahl von radial angeordneten Speichen oder Rippen (siehe Fig. 8), die an Ort und Stelle und in einem Stück mit den konzentrischen Zylindern vom Verbundkörper 26 gebildet werden, einen Abstand voneinander. Überschüssiger Füllstoff, falls vorhanden, wird vom Verbundkörper durch Sandstrahlen, Vibrieren, Trommeln, Schleifen oder dergleichen entfernt. Ein ökonomisches Verfahren ist das Sandstrahlen unter Verwendung von Grusteilchen eines Materials, das als Füllmaterial oder als Bestandteil dos Füllmaterials geeignet ist, so daß der entfernte

Füllstoff und der Strahlkies als Füllstoff im nachfolgenden Arbeitsgang wiederverwendet werden können. Auch wenn der Füllstoff während des Verfahrens selbst abbinden kann, ist der Festigkeitsgrad die«"« selbst abgebundenen Füllstoffs im typischen Fall viel kleiner als die Festigkeit des resultierenden Verbundkörpers, und daher ist es möglich, überschüssigen selbst abgebundenen Füllstoff durch Sandstrahlen ohne wesentlichen Schaden am Verbundkörper 26 zu entfernen. Die Oberflächen der sich ergebenden keramischen Verbundprodukte können geschliffen oder maschinell bearbeitet oder auf andere Weise in die gewünschte Größe, Form oder Oberflächengüte in Übereinstimmung mit der Größe und Form der darin gebildeten Durchlässe gebracht werden.

Es ist festzustellen, daß das als zylindrisches Rohr geformte Ausgangsmetallmodell 10 zwei konzentrisch angeordnete Zylinder, wie z. B. Zylinder 28 und 30, erzeugt. Die keramische Matrix wächst also seitlich in beide Richtungen, d. h. a) von der Wandfläche des Au jgangsmetalls nach innen in den Hohlraum oder in die zentrale Bohrung und b) von der Außenwandfläche des Ausgangsmetalls nach außen und erzeugt den inneren Zylinder 28 und den äußeren Zylinder 30 wie auch die Stützelemente 32. Das Ausgangsmetallmodell kann so gestaltet oder strukturiert werden, daß mehr als zwei Zylinder hergestellt werden. Zum Beispiel kann ein Ausgangsmetallmodell 36 (Fig. 9) in Form von zwei konzentrischen Metallzylindern 38 und 40 vorliegen, die jeweils Querbohrungen 42 und 44 haben. Längsrippen 45, vorzugsweise aus einem keramischen Material, wie z. B. Aluminiumoxid, sind zwischen den Metallzylindern 38 und 40 eingefügt. Das Modell wird in einen geeigneten Füllstoff eingebettet, der von einem feuerfesten Schalter aufgenommen wird, ähnlich dem, der mit Bezugnahme auf Fig. 5 gezeigt wird, so daß die Füllstoffhaufwerke in der zentralen Bohrung des inneren Metallzylinders 38, zwischen den Zylindern und um den äußeren Zylinder herum sowie in den Querbohrungen 42 und 44 angeordnet sind.

Während des Oxydationsreaktionsprozesses bildet die zylindrische Wand des inneren zylindrischen Modells Oxydationsreaktionsprodukt in entgegengesetzten Richtungen und erzeugt ein Paar von inneren zylindrischen keramischen Wänden, die konzentrisch und räumlich durch eine Vielzahl von Speichen oder Rippen (siehe Fig. 10) gestützt werden, die sich aus dem Wachsen des Oxydationsreoktionsproduktes als Matrix in den in die Querbohrungen 42 eingebrachten Füllstoff ergeben. In ähnlicher Weise bildet die zylindrische Wand des äußeren zylindrischen Modells Oxydationsreaktionsprodukt in entgegengesetzten Richtungen während des Oxydationsreaktionsprozesses und bildet ein Paar äußere zylindrische keramische Wände 52 und 54, die konzentrisch und räumlich durch eine Vielzahl von Speichen 55 gestützt werden, die aus dem Wachstum von Oxydationsreaktionsprodukt als Matrix in den in die Querbohrungen 44 eingebrachten Füllstoff resultieren. Das durch das Wachstum der keramischen Wände entwickelte Oxydationsreaktionsprodukt bildet sich an den Auflagen der Längsrippen 45, wodurch d'esa Rippen an Ort und Stelle festgelegt und die mit Abstand angeordneten Wandelemente 48 und 52 abgestützt worden. Der resultierende Verbundkörper hat einen zentral.-;). Fluiddurchlaß 51 und umgebende oder konzentrische Durchlässe 53; 57 und 59.

Als weitere Ausfühi v.ngsform kann ein Ausgangsmetallmodell 60 (Fig. 11) so geformt werden, daß bei Einbettung in den vom Behälter 25 wie in Fig. 5 aufgenommenen Füllstoff ein inneres zylindrisches Ausgangsmetallmodell 61 von einem äußeren zylindrischen Ausgangsmetallmodell 62 umgeben und konzentrisch angeordnet wird. Das innere zylindrische Ausgangsmetallmodell 61 enthält eine Vielzahl von Querbohrungen 64. Weiterhin ist die Wand des äußbren zylindrischen Ausgangsmetallmodells 62 von einem Sperrmittel 66 umgeben, das das Wachstum oder die Entwicklung des Oxydationsreaktionsproduktes hemmt, stört oder begrenzt, wie unten näher erklärt wird. Wie bei den anderen Ausführungsformen wird ein geeigneter Füllstoff, der eine Stützzone oder Stützzonen enthalten kann, In die Mittelbohrung des Zylinders und zwischen das innere zylindrische Ai'sgangsmetallmodell 61 und das äußere zylindrische Ausgangsmetallmodell 62 sowie in die Querbohrungen 64 eingebracht. Als Ergebnis des Oxydationsreaktionsprozesses entwickelt die zylindrische Wand des inneren zylindrischen Ausgangsmetallmodells 61 Oxydationsreaktionsprodukt in entgegengesetzten Richtungen, wodurch sich ein Paar innere zylindrische keramische Wände 68 und 70 bilden, die konzentrisch und räumlich durch eine Vielzahl von Rippen oder Speichen 72 gestützt werden, welche aus dem Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes als keramische Matrix in den Füllstoff hinein resultieren, der vorh'.r in die Querbohrungen 64 eingebracht wurde. Das Sperrmittel 66 verhindert, daß die zylindrische Wand des äußeren zylindrischen Ausgangsmetallmodells 62 Oxydationsreaktionsprodukt nach außen wachsen läßt oder entwickelt. Das zylindrische Ausgangsmetallmodell 62 erzeugt also während des Oxydationsreaktionsprozesses durch das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes in den Füllstoff eine aus einem Stück bestehende zylindrische keramische Verbundaußenwand 74. Ein oder mehr Stäbe oder Rippen 76, wie z. B. eine keramische Rippe, können zwischen den zylindrischen Wänden angeordnet werden, wie mit Bezugnahme auf die Ausführungsform nach den Fig.9 und 10 beschrieben wird. Der keramische Verbundkörper enthält einen zentralen Fluiddurchlaß 78 und konzentrische Durchlässe 80 und 82. Durch die Realisierung dieser Erfindung kann also' durch Abwandeln des mit Hohlraum versehenen Ausgangsmetallmodells und durch nie Verwendung eines Sperrmittels ein keramisches Verbundkörperprodukt hergestellt werden.

Durch die Auswahl eines geeigneten Füllstoffes und Aufrechterhalten der Oxydationsreaktionsbedingungen über einen Zeitabschnitt, der zum Ausräumen von im wesentlichen dem ganzen geschmolzenen Ausgangsmetall aus dem anfangs vom Modell eingenommenen gefüllten Hohlraum ausreicht, wird eine getreue umgekehrte Abbildung der Geometrie des Modells (einschließlich alier Bohrungen, Öffnungen oder dergleichen) erreicht. Während die in den Zeichnungen erläuterte Form (und daher aller gebildeten zylindrischen Wände und Räume) relativ einfach ist, können im keramischen Verbundkörper Hohlräume oder andere Räume gebildet werden, die die Formen von Modellen von wesentlich komplexerer Geometrie umgekehrt mit Genauigkeit abbilden.

Der bei der Realisierung der Erfindung verwendete, an das Modell anpaßbare Füllstoff kann einer oder mehr als der Vielfalt von für den Zweck geeigneten Materialien sein. Wie er hier und in den Ansprüchen verwendet wird, bedeutet der Ausdruck „anpaßbar" in Anwendung auf den Füllstoff, daß der Füllstoff um ein Modell herum gepackt, an ihm aufgehäufelt oder um es herumgeschlungen werden kann und sich der Geometrie des in Füllstoff eingebetteten Modells anpaßt. Wenn z. B. der Füllstoff aus teilchenförmigen! Material besteht, wie z.B. feinen Körnchen eines feuerfesten Metalloxids, dann wird das Modell vom Füllstoff so eingebettet, daß das Modell eine gefüllte Höhlung (gefüllt oder vom Modell eingenommen) festlegt. Der Füllstoff braucht jedoch nich teilchenförmig zu sein, sondern kann z. B. Fasern, Nadelkristalle, Pulver oder dergleichen enthalten. Der Füllstoff kann auch entweder eine heterogene oder homogene Kombination von zwei oder mehr solcher Komponenten oder geometrischer Formen umfassen, z. B. eine Kombination von kleinen teilchenförmigen Körnern und Nadelkristallen. Der physikalische Aufbau des Füllers soll ermöglichen, daß das Ausgangsmetallmodell in eine Füllstoffmasse eingebettet wird.

wobei sich der Füllstoff eng an die Flächen des Modells anpaßt. Das Ausgangsmetall wird hier und in den Ansprüchen als „Modell" bezeichnet, weil der letztlich im Verbundkörper gebildete Raum das Negativ der Geometrie des Modells ist. Der Modell bildet also anfänglich oder belegt einen (gefüllten) Raum innerhalb der oder zwischen den anpaßbaren Füllstoffhaufwerken, wobei der Raum anfangs durch das Modell geformt und gefüllt wird. Zu den geeigneten Füllstoffen gehören z. B. Oxide, Karbide, Nitride und Boride, wie z. B. Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanborid, Siliziumkarbid, Aluminiumnitrid und Titannitrid, oder binäre, ternäre oder Metalloxidverbindungen höherer Ordnung, wie z. B. die Spinelle, z. B. Magnesiumaluminatspinell. Der vorteilhaft bei der Realisierung der Erfindung verwendbare anpaßba>e Füllstoff ist einer, der bei den unten beschriebenen Oxydationsreaktionsbedingungen der Erfindung durchlässig für den Durchgang des Oxydationsmittels durch ihn ist, wenn d<eses ein dampfförmiges Oxydationsmittel ist. In jedem Fall ist der Füllstoff auch durchlässig für das Wachstum oder die Entwicklung des Oxydationsreaktionsproduktes durch ihn hindurch. Während der Oxydationsieaktion zeigt sich, daß geschmolzenes Ausgangsmetall durch das Oxydationsreaktionsprodukt wandert, das zur Aufrechterhaltung dor Reaktion gebildet wurde. Dieses Oxydationsveaktionsprodukt ist im allgemeinen undurchlässig für die umgebende Atmosphäre, und daher kann die Ofenatmosphäre, z. B. Luft, nicht hindurchgehen. Wie bekannt, führt die Undurchlässigkeit des wachsenden Oxydationsreaktionsp/oduktes für die Ofenatmosphäre zu einem Problem mit dem Druckunterschied, wenn das Oxydationsreaktionsprodukt einen durch die Wanderung von geschmolzenem Ausgangsmetall gebildeten Hohlraum mschließt. Dieses Problem wird bekannterweise durch die Verwendung eines selbstabbindenden anpaßbaren Füllstoffes gelöst, d. r bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Ausgangsmetalls und dicht bei, aber unterhalb de/ Oxydation sreaktionstemperatur teilweise sintert oder auf andere Weise selbst abbindet oder sich mit der wachsenden Schicht des Oxydationsreaktionsproduktes verbindet, um so Konstruktionsfestigkeit von der Außenseite des wachsenden Hohlraumes zu liefern, damit die abgebildete Geometrie der Form in der sich entwickelnden Höhlung bewahrt wird, zumindest bis die wachsende Struktur des Oxydationsreaktionsproduktes eine ausreichende Dicke erreicht, um stabil genug gegen den Druckunterschied zu sein, der sich über der Wand des wachsenden, den sich bildenden Hohlraum bestimmenden Oxydationsreaktionsproduktes entwickelt. Jedoch soll der selbstabbindende Füllstoff nicht bei einer zu niedrigen Temperatur sintern oder selbst abbinden, weil er andernfalls durch thermische Ausdehnung und Volumenänderung beim Schmelzen des Ausgangsmetalls zerreißen könnte, wenn das letztere auf die Betriebstemperatur erhitzt wird. Mit anderen Worten: Der selbst abbindende Füllstoff soll seine Anpaßbarkeit behalten, um den Unterschied der Volumenänderungen zwischen ihm und dem Ausgangsmetall aufzunehmen, wenn das letztere erhitzt und geschmolzen wird, und dann selbst abbinden, damit er der sich entwickelnden Höhlung beim Fortschreiten der Oxydationsreaktion mechanische Festigkeit gibt. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung vermeidet jedoch im t ypischen Fall das Problem des Druckunterschiedes, weil keine Höhlung gebildet wird, zumindest nicht in einem bedeutenden Maße, die vollkommen durch das wachsende Oxydationsreaktionsprodukt eingeschlossen wird. Es können aber Sperrmittel, die undurchlässig für die Atmosphäre sind, verwendet und in einigen Fällen so verteilt werden, daß sie den Zugang der Ofenatmosphäre zu der sich bildenden Höhlung blockieren, was zur Bildung eines Druckunterschiedes über den Wänden des wachsenden Oxydationsreaktionsproduktes führt. Unter solchen Umständen wird ein selbst abbindender Füllstoff eingesetzt, um mechanische Festigkeit zumindest während des anfänglichen Wachstumsstadiums zu bieten, wie oben beschrieben wurde.

Der Ausdruck „selbst abbindend", wie er hier und in den Ansprüchen verwendet wurde, meint diejenigen Füllstoffe, die eine ausreichende Anpassungsfähigkeit behalten, wenn sie in einen sich anpassenden Kontakt mit dem positiven Ausgangsmetallmodell gebracht werden, um so die Volumenänderurg des Ausgangsmetalls am Schmelzpunkt und die unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen dem Ausgangsmetall und dem Füllstoff aufzunehmen, und zumindest in einer an das positive Modell unmittelbar angrenzenden Stützzone davon von Natur aus selbst abbindend sind, aber nur bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Ausgangsmetalls, aber unterhalb und ausreichend dicht bei der Oxydationsreaktionstemperatur, um das oben genannte Aufnehmen zu ermöglichen. Solches Selbstabbinden des Füllötoffs verleiht ihm ausreichende Kohäsionsfestigkeit, um das umgekehrt abgebildete negative Modell gegen Druckunterschiede zu sichern, die sich darüber durch dia Bewegung des Ausgangsmetalls in den Füllstoff entwickeln.

Es ist nicht erforderlich, daß die ganze Füllstoffmasse oder das ganze Füllstoffhaufwerk aus einem anpassungsfähigen Füllstoff oder, falls gewünscht, einen selbst abbindenden Füllstoff besteht, obwohl eine solche Anordnung im Anwendungsbereich der Erfindung liegt. Der Füllstoff braucht anpassuncisfähig und/oder selbst abbindend in dem Teil des Füllstoffhaufwerks zu sein, der an das positive Ausgangsmetallmodell grenzt und von ihm geformt wird. Mit anderen Worten: Der Füllstoff braucht anpassungsfähig und/oder selbst abbindend nur bis in eine Tiefe zu sein, die ausreicht, um (im Fall der Anpassungsfähigkeit) sich an das positive Modell eier Ausgangsmetallvorstufe anzupassen und (im Fall des Selbstabbindens) in einer besonderen Situation genügend mechanische Festigkeit zu geben. Die Bilanz des Füllstoffs braucht nicht anpassungsfähig und/oder selbst abbindend zu sein.

Auf jeden Fall soll der Füllstoff nicht sintern, verschmelzen oder so reagieren, daß sich eine undurchlässige Masse bildet, die seine Durchtränkung durch das Oxydationsreaktionsprodukt oder, falls ein dampfförmiges Oxydationsmittel verwendet wird, den Durchgang eines solchen dampfförmigen Oxydationsmittels durch ihn verhindert. Weiterhin sollte der Füllstoff ausreichend anpassungsfähig sein., um den thermischen Ausdehnungsunterschied zwischen dem Ausgangsmetall und dem Füllstoff beim Erhitzen der Anordnung und die Volumenänderung des Metalls bei dessen Schmelzen aufzunehmen, um gleichzeitig eine enge Anpassung an die Ausgangsmetallvorstufe beizubehalten.

Es versteht sich, daß die Füllstoffeigenschaften der Durchlässigkeit, Anpassungsfähigkeit und des Selbstbindens, wie oben beschrieben, Eigenschaften der Gesamtzusammensetzung des Füllstoffs sind und daß einzelne Bestandteile des Füllstoffs keine oder nicht alle von diesen charakteristischen Eigenschaften haben müssen. Der Füllstoff kann daher entweder aus einem solchen Material, einer Mischung von Teilchen desselben Materials, aber verschiedener Körnung, oder Mischungen von zwei oder mehr Materialien bestehen. Im letzteren Fall haben vielleicht einige Bestandteile des Füllstoffs keine ausreichende Selbstabbindefähigkeit oder Sinterbarkeit bei der Oxydationsreaktionstemperatur, aber der Füllstoff, von dem er ein Bestandteil ist, hat Selbstabbinde- oderSintereigenschaften bei oder oberhalb seiner Selbstabbindetemperatur wegen des Vorhandenseins anderer Materialien. Eine große Zahl von Materialien, die nützliche Füllstoffe im keramischen Verbundkörper durch Übertragung von erwünschten Eigenschaften auf den Verbundkörper ergeben, haben auch die oben beschriebenen Eigenschaften der

Durchlässigkeit, Anpassungsfähigkeit und des Selbstabbindens. Solche geeigneten Materialien bleiben in ausreichendem Maße ungesintert und unabgebunden bei Temperaturen unterhalb der Oxydationsreaktionstemperatur, so daß der Füllstoff, in den das Modell eingebettet ist, thermische Ausdehnung und Schmelzpunktvolumenänderung aufnehmen kann und doch erst beim Erreichen einer Selbstabbindetemperatur in ausreichendem Maße sintert oder auf andere Weise selbst abbindet, die oberhalb des Schmelzpunktes des Ausgangsmetalls, aber dicht bei und unterhalb der Oxydationsreaktionstemperatur liegt, um die erforderliche mechanische Festigkeit zur Verhinderung des Zusammenbrechens der sich bildenden Höhlung während der Anfangsstadien des Wachstums oder der Entwicklung des Oxydationsreaktionsproduktes zu geben. Ein festes, flüssiges oder dampfförmiges Oxydationsmittel oder eine Kombination solcher Oxydationsmittel kann wie oben erwähnt eingesetzt werden. Zu den typischun Oxydationsmitteln gehören z.B. ohne Einschränkung Sauerstoff, Stickstoff, ein Halogen, Schwefel, Phosphor, Arsen, Kohlenstoff, Bor, Selen, Tellur und Verbindungen und Kombinationen davon, z. B. Siliziumdioxid (als Sauerstoffausgangsmaterial), Methan, Ethan, Propan, Azetylen, Ethylen und Propylen (als Ausgangsmaterial für Kohlenstoff) und Mischungen, wie z.B. Luft, H₂/H₂O und CO/CO₂, wobei die letzteren beiden (d.h. H₂/H₂O und CCVCO₂) vorteilhaft bei der Verringerung der Sauerstoffaktivität der Umgebung einsetzbar sind. Je nach dem verwendeten Oxydationsmittel kann die resultierende keramische Matrix aus einem Oxid, einem Karbid, einem Nitrid oder einem Borid bestehen.

Obwohl jedes geeignete Oxydationsmittel verwendet werden kann, wird ein dampfförmiges (gasförmiges) Oxydationsmittel bevorzugt, und spezifische Ausführungsformen der Erfindung werden hier mit Bezugnahme auf die Verwendung von dampfförmigen Oxydationsmitteln beschrieben. Wenn ein gas- oder dampfförmiges Oxydationsmittel verwendet wird, ist dei Füllstoff gasdurchlässig, so daß bei Einwirkung des Oxydationsmittels auf das Füllstoffhaufwerk das dampfförmige Oxydationsmittel das Füllstoffhaufwerk durchdringt und in Verbindung mit dem geschmolzenen Ausgangsmetall darin kommt. Der Ausdruck „dampfförmiges Oxydationsmittel" bedeutet ein verdampftes oder normalerweise gasförmiges Material, das eine oxydierende Atmosphäre ergibt.

Zum Beispiel sind Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Gasmischungen (einschließlich Luft) bevorzugte dampfförmige Oxydationsmittel, wie im Fall, in dem Aluminium das Ausgangsmetall ist, wobei Luft aus offensichtlichen ökonomischen Gründen üblicherweise stärker bevorzugt wird. Wenn festgestellt wird, daß ein Oxydationsmittel ein bestimmtes Gas oder einen bestimmten Dampf enthält oder daraus besteht, so bedeutet das ein Oxydationsmittel, in dem das identifizierte Gas oder der identifizierte Dampf der einzige, überwiegende oder zumindest ein bedeutender Oxydator des Ausgangsmetalls unter den Bedingungen ist, die man in der verwendeten oxydierenden Umgebung enthält. Obwohl z. B. der Hauptbestandteil von Luft Stickstoff ist, ist der Sauerstoffgehalt von Luft der Oxydator für das Ausgangsmetall, weil Sauerstoff ein bedeutend stärkeres Oxydationsmittel als Stickstoff ist. Luft fällt damit unte/ die Definition eines „sauerstoffhaltigen gasförmigen" Oxydationsmittels, aber nicht unter die Definition eines „stickstoffhaltigen gasförmigen" Oxydationsmittels. Ein Beispiel für „stickstoffhaltiges gasföimiges" Oxydationsmittel, wie es hier und in den Ansprüchen verwendet wird, ist das „Formiergas", das etwa 96Vol.-% Stickstoff und 4 Vol.-% Wasserstoff enthält.

Wenn ein festes Oxydationsmittel verwendet wird, wird es gewöhnlich im ganzen Füllstoffhaufwerk oder in einem an das Ausgangsmetall angrenzenden Teil des Haufwerks in Form von mit dem Füllstoff vermischten Teilchenhaufwerken oder Pulvern oder vielleicht als Überzüge auf den Füllstoffteilchen verteilt. Es kann jedes geeignete feste Oxydationsmittel verwendet werden einschließlich von Elementen, wie z. B. Bor, oder Kohlenstoff, oder von reduzierbaren Verbindungen, wie z. B. Cordierit, Siliziumdioxid oder bestimmte Boride von geringerer thermodynamischer Stabilität als das Boridreaktionsprodukt des Ausgangsmetalls. Wenn z. S. Bor oder ein reduzierbares Borid als festes Oxydationsmittel für ein Aluminiumausgangsmetall verwendet wird, ist das resultierende Oxydationsreaktionsprodukt Aluminiumborid. Wenn Titan dis Ausgangsmetall ist, ist Aluminiumdodekaborid ein geeignetes festes Oxydationsmittel, und das Produkt besteht aus Titandiborid. In einigen Fällen kann die Oxydationsreaktion so schnell mit festen Oxydationsmitteln fortschreiten, daß das Oxydationsreaktionsprodukt auf Grund der exothermen Natur des Prozesses zum Schmelzen neigt. Dieses Vorkommnis kann die mikrostrukturelle Homogenität des keramischen Körpers verschlechtern. Diese schnelle exotherme Reaktion kann durch Beimischen relativ inerter Füllstoffe, die eine niedrige Reaktivität aufweisen, zum Mischmaterial vermieden werden. Solche Füllstoffe absorbieren die Reaktionswärme und minimieren jeden" thermischen Hochlaufeffekt. Ein Beispiel für solch einen geeigneten inerten Füllstoff ist einer, der im wesentlichen dem angestrebten Oxydationsreaktionsprodukt gleicht. Wenn ein flüssiges Oxydationsmittel verwendet wird, kann das gesamte Füllstoffhaufwerk oder ein an das geschmolzene Metall angrenzender Teil davon mit dem Oxydationsmittel überzogen oder durchtränkt werden, wie durch Eintauchen und Trocknen, um den Füllstoff zu imprägnieren. Die Bezugnahme auf ein flüssiges Oxydationsmittel bedeutet eins, das bei den Oxydationsreaktionsbedingungen flüssig ist, und daher kann ein flüssiges Oxydationsmittel eine feste Vorstufe haben, wie z. B. ein Salz, das bei den Oxydationsreaktionsbedingungen geschmolzen ist. Im anderen Fall kann das flüssige Oxydationsmittel eine Flüssigkeit oder eine Lösung sein, die zum Imprägnieren eines Teils des Füllstoffs oder des ganzen Füllstoffs verwendet wird und bei den Oxydationsreaktionsbedingungen geschmolzen oder zersetzt wird und e'nen geeigneten Oxydationsmittelanteil abgibt. Zu den Beispielen für flüssige Oxydationsmittel, wie sie hier definiert werden, gehören niedrig schmelzende Gläser. Wie frühe'r bemerkt wurde, kann ein Binde- oder Sintermittel als Bestandteil des Füllstoffs in den Fällen aufgenommen werden, in denen der Füllstoff andernfalls von Natur aus nicht ausreichende Selbstabbinde- oder Sintereigenschaften hat, um den Zusammenbruch des Raums zu verhindern, der in dem vorher vom Modell eingenommenen Volumen gebildet wird. Dieses Bindemittel kann über den ganzen Füllstoff oder nur in der Stützzone verteilt sein. Zu den geeigneten Materialien für diesen Zweck gehören metallorganische Materialien, die bei den zur Bildung des Oxydationsreaktionsproduktes erforderlichen oxydierenden Bedingungen sich zumindest teilweise zersetzen und den Füllstoff ausreichend binden und so die notwendige mechanische Festigkeit liefern. Das Bindemittel soll den Oxydationsreaktionsprozeß nicht stören oder unerwünschte übrigbleibende Nebenprodukte im keramischen Verbundprodukt zurücklassen. Für diesen Zweck geeignete Bindemittel sind in der Technik wohlbekannt. Zum Beispiel ist Tetraethylorthosilikat exemplarisch für geeignete metallorganische Bindemittel, die bei der Oxydationsreaktionstemperatur einen Siliziumdioxidanteil zurücklassen, der den Füllstoff mit der notwendigen Kohäsionsfestigkeit bindet.

Bekannterweise beeinflussen in Verbindung mit dem Ausgangsmetall verwendete Dotierungsmaterialien den Oxydationsreaktionsprozeß günstig, besonders in Systemen, die Aluminium als Ausgangsmetall verwenden. Das oder die Dotierungsmittel, die zusammen oder in Verbindung mit dem Ausgangsmetall verwendet werden, können als

Legierungsbestandteile des Ausgangsmetalls vorgesehen werden, können zumindest auf einen Teil der Oberfläche des Ausgangsmetalls aufgetragen werden oder können auf einen Teil oder das ganze Füllmaterial oder die Rohform aufgetragen oder in einen Teiroder das ganze Füllmaterial oder in die Rohform eingearbeitet werden, oder es kann eine beliebige Kombination von zwei oder mehr der bekannten Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel kann ein legiertes Dotiorungsmi-iol allein oder in Kombination mit einem zweiten äußerlich aufgebrachten Dotierungsmittel verwendet werden. Im Fall des bekannten Verfahrens, bei dem ein zusätzliches Dotierungsmittel oder zusätzliche Dotierungsmittel auf das Füllmaterial aufgetragen werden, kann das Auftragen in irgendeiner geeigneten Weise erfolgen.

Die Funktion oder Funktionen eines bestimmten Dotierungsmaterials können von einer Reihe von Faktoren abhängen. Zu diesen Faktoren gehören beispielsweise das spezielle Ausgangsmetall, die spezielle Kombination von Dotierungsmitteln, wenn zwei oder mehr Dotierungsmittel verwendet werden, der Einsatz eines äußerlich aufgetragenen Dotierungsmittels in Vorbindung mit einem mit dem Vorstufenmetall legierten Dotierungsmittel, die Konzentration des eingesetzten Dotiorungsmittels, die oxydierende Umgebung und die Verfahrensbedingungen.

Zu den für ein Aluminiumausgangsmetall vorteilhaft einsetzbaren Dotierungsmitteln, speziell mit Luft als Oxydationsmittel, gehören Magnesium, Zinkund Silizium, entweder allein oderzusami.«en mit anderen Dotierungsmitteln, wie unten beschrieben wird. Diese Metalle (oder ein geeignetes Ausgangsmaterial fürcjie Metalle) können in das Ausgangsmetall auf Aluminiumbasis mit Konzentrationen von jeweils etwa 0,1 bis 10Ma.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des resultierenden dotierten Metalls, einlegiert werden. Diese Dotierungsmaterialien oder ein geeignetes Ausgangsmaterial für sie (z.B. MgO, ZnO oder SiO₂) können äußerlich an dem Ausgangsmetall eingesetzt werden. So kann man eine Aluminiumoxidkeramikstruktur für das Aluminium-Silizium-Ausgangsmetall unter Verwendung von Luft als Oxydationsmittel erhalten, indem man MgO als Dolicruiigsmittel verwendet, das auf die Metalloberfläche in einer Menge von mehr als etwa 0,008g Mg pro Gramm oxydierenden Ausgangsmetalls und mehr als 0,003g Mg pro Quadratzentimeter des Ausgangsmetalls aufgetragen wird, auf den MgO aufgebracht wird.

Weitere Beispiele für Dotierungsmaterialien für Aluminiumausgangsmetall sind Natrium, Germanium, Zinn, Blei, Lithium, Kalzium, Bor, Phosphor und Yttrium, die einzeln oder zusammen mit einem oder mehreren Dotierungsmitteln verwendet werden, je nach dem Oxydationsmittel und Verfahrensbedingungen. Seltenerdenelemente, wie z. B. Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym und Samarium, sind ebenfalls vorteilhaft einsetzbare Dotierungsmittel und hier wiederum besonders, wenn sie zusammen mit anderen Dotierungsmitteln verwendet werden. Diese Dotierungsmaterialien sind, wie in den Commonly Owned-Patentanmeldungen erklärt wird, bei der Förderung des polykristallinen Oxydationsreaktionswachstums für die Ausgangsmetallsysteme auf Aluminiumbasis wirksam.

Bekannterweise kann ein Sperrmittel dazu verwendet wer-lert, das Waohsti m oder die Entwicklung des Oxydaiionsreaktionsproduktes über die Sperre hinaus 211 hemmen. Ein geeignetes Sperrmaterial kann jedes Material, jede Verbindung, jedes Element, jede Mischung oder dergleichen sein, die bei den Verfahrensbedingungen dieser Erfindung eine gewisse Stabilität besitzt, nicht flüchtig und vorzugsweise durchlässig für das dampfförmige Oxydationsmittel ist, während es gleichzeitig in der Lage ist, lokal das fortgesetzte Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes zu hemmen, zu vergiften, aufzuhalten, zu stören, zu verhindern oder dergleichen.

Wie für die in Fig. 5 erläuterte Ausführungsform gezeigt, wurde ein Sperrmittel auf die Stirnflächen des geformten Ausgangsmetalls aufgetragen, um das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes von diesen Flächen aus zu verhindern. Zu den geeigneter. Sperrmitteln, die besonders vorteilhaft einsetzbar für Aluminiumausgangsmetall in Luft oder einim sauerstoffhaltigen Gas sind, gehören Kalziumsulfat (Gips), Kalziumsilikat und Portlandzement und Kombinationen daraus, die im typischen Fall als Aufschlämmung oder Paste auf die Oberfläche des Modells oder die Oberfläche des Füllmaterials aufgetragen werden, wenn das Wachstum auf einen Bereich des Haufwerks beschränkt werden soll. Diese Sperrmittel können auch ein geeignetes brennbares oder flüchtiges Material enthalten, das beim Erhitzen beseitigt wird, um die Porosität und Permeabilität des Sperrmittels zu erhöhen. Weiterhin können die Sperrmittel einen geeigneten feuerfesten teilchenförmigen Stoff enthalten, um jedes mögliche Schwinden oder jegliche mögliche Rißbildung zu reduzieren, die andernfalls während des Verfahrens auftreten können. Solch ein teilchenförmiger Stoff, der im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Füllötuffhaufwerk hat, ist besonders erwünscht. Wenn z. B. das Haufwerk aus Aluminiumoxid besteht und die resultierende Keramik aus Aluminiumoxid besteht, kann dem Sperrmittel ein teiichenförmiges Aluminiumoxid beigefügt werden, das wünschenswertorweise etwa die gleiche Korngröße hat wie der für das Haufwerk verwendete teilchenförmige Stoff, z. B. etwa 20 bis 1000. Andere geeignete Sperren enthalten dichte, feuerfeste Keramiken oder Metallhüllen, die erwünschterweise an mindestens einem Ende offen sind, um das dampfförmige Oxydationsmittel das Haufwerk durchdringen und in Verbindung mit dem geschmolzenen Metall kommen zu lassen. In bestimmten Fällen ist es vielleicht möglich, ein Ausgangsmaterial für ein zweites Metall mit dem Sperrmittel vorzusehen, Zum Beispiel bilden bestimmte Qualitäten von rostfreien Stahlzusammensetzungen, wenn sie unter bestimmten oxydierenden Verfahrensbedingungen, wie bei einer hohen Temperatur in e ier sauerstoffhaltigen Atmosphäre, umgesetzt werden. Oxide ihrer Bestandteile, wie z. B. Eisenoxid, Nickeloxid oder Chromoxid, je nach der Zusammensetzung des rostfreien Stahls. Daher kann in einigen Fällen ein Sperrmittel, wie z. B. eine rostfreie Stahlhülle, ein geeignetes Ausgangsmaterial für ein zweites oder Fremdmetall darstellen, das die Einführung von weiteren Metallen, wie z. B. Eisen, Nickel oder Chrom, in den Fluß des geschmolzenen Metalls hei Kontakt mit ihm bewirkt. Die folgenden Beispiele sind keine einschränkenden Beispiele für die vorliegende Erfindung und sind zum Zweckder Erläuterung gedacht.

Beispiel 1

Ein keramischer rohrförmiger Körper, der aus zwei konzentrischen mi. inander verbundenen keramischen Zylindern bestand, wurde aus einem zylindrischen Rohr hergestellt (solch einem wie in Fig.2 gezeigten), das 25,4mm lang und 25,4mm im Durchmesser ist mit einer 8,47 mm dicken zylindrischen Wandung, die drei Reihen von vier, um 90° versetzten Querbohrungen mit einem Durchmesser von 8,47 mm enthält. Der Zylinder bestand aus Aluminiumlegierung 380.1 (Nennzusammensetzung von 8-8,5% Si, 2-3% Zn und 0,1 % Mg als aktive Dotierungsmittel und 3,5% Cu sowie Fe, Mn und Ni, der Mg-Gehalt war jedoch machnmal größer und lag im Bereich von 0,17-0,18%; alle Prozentangaben sind Ma.-%). Die ganzen äußeren und inneren zylindrischen Wände und die Wandungen der Querbohrungen wurden mit 25,4 bis 254pm Siliziummetallpulver der Körnung 500 beschichtet und mit ungesintertem, an Luft bei*125O⁰C 24 Stunden lang vorgebranntem Siliziumkarbid der Körnung 500

(39 Crystolon) gefüllt und dann vollständig in ein Haufwerk von ungesintertem, vorgebranntem Siliziumkarbidfüllstoff der Körnung 500 eingetaucht, der sich in einem feuerfesten Gefäß befand. Die Anordnung wurde auf eine Verfahrens-Soll-Wert-Temperatur von 900⁰C 24 Stunden lang an Luft erhitzt. Die gesamte Ofenzeit belief sich auf 35 Stunden mit Erwärmungszyklen von 6 Stunden und Abkühlungszyklen von 5 Stunden.

Das sich ergebende Verbundmaterial wurde quergeschnitten, um das Paar der zylindrischen Wände zu zeigen, die durch Speichen miteinander verbunden sind, wie in Fig.9 dargestellt wird. Der innere Zylinder hatte einen Außendurchmesser von etwa 15,875 mm und eine Wandstärke von etwa 2,381 mm. Der Raum zwischen den zylindrischen Wandpaaren betrug etwa 3,175 mm. Der äußere Zylinder hatte einen Außendurchmesser von etwa 26,988 mm und eine Wandstärke von 2,381 mm. Die Zusammensetzung des resultierenden Verbundkörpers wurde durch Röntgenbeugungs- und optische Mikroskopanalyse bestätigt. Der Verbundkörper bestand aus einer Aluminiumoxidmatrix, die den Siliziumkarbidfüllstoff einbettet.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt, aber das Füllstoffhaufwerk war eine Mischung von 70% T-64-Aluminiumoxid (Maschenweite - 325, Alcoa) und 30% EPK (Kaolin), und die Anordnung wurde auf eine Verfahrens-Soll-Wert-Temperatur von 1000⁰C 40 Stunden lang an Luft erhitzt. Es bildete sich ein Paar konzentrischer zylindrischer Wände, die miteinander durch Speichen verbunden waren, wie in Fig. 9 abgebildet. Die innere zylindrische Wand hatte eine Stärke von 1,59 mm bei einem Außendurchmesser von 17,463 mm. Die äußere zylindrische Wand hatte eine Stärke von etwa 1,59 mm und einen Außendurchmesser von etwa 26,99mm. Der Raum zwischen dem zylindrischen Wandpaar betrug etwa 8,47 mm.

Beispiel 3

Beispiel 2 wurde wiederholt, aber das Füllstoffhaufwerk war Aluminiumoxid (A 17, Siebnummer- 325, Alcoa), und die Anordnung wurde auf eine Verfahrens-Soll-Temperatur von 1000⁰C 40 Stunden lang nach 5 Stunden Ofenaufheizung und einer 5stündigen Ofenabkühlung erhitzt. Es bildete sich ein Paar konzentrischer Wände, die miteinander durch Speichen verbunden waren. Der Außendurchmesser der äußeren Zylinderwand betrug 25,4 mm mit einer Stärke von etwa 2,38 mm. Die innere Zylinderwand hatte eine Stärke von 2,38mm und einen Außendurchmesser von 17,46 mm. Der Raum zwischen dem Zylinderwandpaar betrug etwa 3,175mm.

Beispiel 4

Ein 25,4 mm langes zylindrisches Rohr aus der Aluminiumlegierung 380,1 (ähnlich Fig. 2) wurde vollständig in ein Cordierit-Haufwerk eingetaucht, das sich in einem feuerfesten Behälter befand. Das zylindrische Rohr hatte eine Länge von 25,4mm, einen Außendurchmesser von 25,4mm und Wände mit Querbohrungen von 3,175 mm Durchmesser. Die innere Zylinderwand und die Wandungen der Querbohrungen wurden mit Cordierit-Füllstoff gefüllt. Die Anordnung wurde auf eine Verfahrens-Soll-Temperatur von 100⁰C 40 Stunden lang an Luft erhitzt. Die gesamte Ofenzeit belief sich auf 50 Stunden mit einem 5stündigen Aufheiz- und einem 5stündigen Abkühlabschnitt. Das Wachstum des keramischen Verbundmaterials zu einem Paar konzentrischer zylindrischer Wände, die miteinander durch. Speichen verbunden sind, war sehr gleichförmig. Der Außendurchmesser der äußeren Zylinderwand betrug annähernd 26,99mm mit einer Dicke von etwa 1,59mm. Die innere Zylinderwand hatte eine Dicke von etwa 1,59mm und einf.n Außendurchmesser von etwa 17,46mm. Der Raum zwischen dem zylindrischen Wandpaar betrug etwa 3,175mm.

Diese detailliert oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen demonstrieren den Nutzen der vorliegenden Erfindung, und zahlreiche Kombinationen und Variationen neben den hier als Beispiel dargestellten sind aus dem Fachwissen auf dem Fachgebiet abzuleiten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines selb, tt agonden keramischen Verbundkörpers, der aus einer Vielzahl von axial ausgerichteten, mit Abstand angeordneten Wänden besteht, die einen begrenzten Querschnitt haben und im allgemeinen die Geometrie eines Ausgangsmetallmodells in entgegengesetzten Richtungen umgekehrt nachbilden, wobei der erwähnte keramische Verbundkörper besteht aus (I) einer keramischen Matrix, die durch die Oxydationsreaktion eines Ausgangsmetalls mit einem Oxydationsmittel zur B'ldung eines Oxydationsreaktionsproduktes gewonnen wurde, und (II) einem Füllstoff, der durch die erwähnte Matrix eingebettet wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Bereitstellen eines Ausgangsmetallkörpers, der mindestens eine offene Höhlung und damit eine Wand mit begrenztem Querschnitt und gegenüberliegenden Wandflächen hat;

(b) Anlagern eines Haufwerks aus anpassungsfähigem Füllstoff an die erwähnten Wandflächen, wobei das erwähnte Füllstoffhaufwerk gekennzeichnet ist durch (I) seine Durchlässigkeit für das erwähnte Oxydationsmittel, damit, wenn erforderlich, das erwähnte Oxydationsmittel in Verbindung mit dem geschmolzenen Ausgangsmetall in Schritt (c) treten kann, und seine Durchlässigkeit für die Durchtränkung der entsprechenden Füllstoffhaufwerke durch das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes, und (II) das Beibehalten einer ausreichenden Anpassungsfähigkeit, um für das Aufnehmen der Volumenänderung am Schmelzpunkt des erwähnten Ausgangsmetalls sowie jede unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen dem erwähnten Ausgangsmetall und den entsprechenden Füllstoffhaufwerken zu sorgen;

(c) Erhitzen des erwähnten eingebetteten geformten Ausgangsmetalls auf eine Temperatur oberhalb eines Schmelzpunktes, aber unterhalb des Schmelzpunktes des erwähnten Oxydationsreaktionsproduktes zur Bildung einer geschmolzenen Ausgangsmetallmasse und bei der erwähnten Temperatur

(2) Halten zumindest eines Teils des erwähnten Oxydationsreaktionsproduktes in Kontakt mit der erwähnten geschmolzenen Metallmasso und dem erwähnten Oxydationsmittel und zwischen ihnen, um fortlaufend geschmolzenes Metall aus der erwähnten geschmolzenen Metallmasse durch das Oxydationsreaktionsp: odukt und in das erwähnte Füllstoff haufwerk zu ziehen, damit sich gleichzeitig die erwähnte Vielzahl von axial ausgerichteten, mit Abstand angeordneten Wänden in dem erwähnten Füllstoffhaufwerk bildet, wenn sich Oxydationsreaktionsprodukt fortgesetzt an der Grenzfläche zwischen dem erwähnten Oxydationsmittel und vorher gebildetem Oxydationsreaktionsprodukt bildet, und

(e) Befreien des resultierenden selbsttragenden Verbundkörpers von überschüssigem Füllstoff, falls vorhanden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Haufwerk außerdem eine Stützzone enthält, die von Natur aus selbstbindend nur bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Ausgangsmetalls, aber unterhalb der und ausreichend dicht bei der Oxydationsreaktionstemperatur ist, um das erwähnte Aufnehmen zu ermöglichen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Ausgangsmetall ein Zylinder und die erwähnte Höhlung eine Längsbohrung ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des erwähnten Ausgangsmetalls zusätzlich mit mindestens einer Öffnung versehen ist und ein Füllhaufwerk in der erwähnten Öffnung enthalten ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsreaktionsprodukt das erwähnte Füllmaterial in der erwähnten Öffnung einbettet, damit sich ein Stützmittel in einem Stück mit den erwähnten mit Abstand angeordneten Wänden bildet.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte axial ausgerichteten, mit Abstand angeordneten Wände im wesentlichen konzentrisch sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Einsatz eines Dotierungsmittels zusammen mit dem erwähnten Ausgangsmetall vorgesehen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Ausgangsmetall Aluminium ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Einsatz eines' Dotierungsmitlels zusammen mit dem erwähnten Ausgangsmetall vorgesehen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die wechselseitige Verbindung der erwähnten axial ausgerichteten Wände mit mindestens einer Verbindungsrippe vorgesehen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel ein dampfförmiges Oxydationsmittel ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Oxydationsmittel bei der erwähnten Temperatur ein Feststoff ist.

" 3. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Oxydationsmittel aus der aus Siliziumdioxid, Bor, Kohlenstoff, Cordierit und einer reduzierbaren Verbinnung bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Oxydationsmittel ein sauerstoffhaltiges Gas umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Oxydationsmittel ein stickstoffhaltiges Gas umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Ausgangsmetall Aluminium ist.

17. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Ausgangsmetall aus der aus Silizium, Titan, Zinn, Zirkonium und Hafnium bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem oder mehreren Metalloxiden eines Metalls besteht, das aus der Gruppe Aluminium, Zer, Hafnium, Titan, Silizium, Magnesium, Bor, Lanthan, Neodym, Praseodym, Samarium, Skandium, Thorium, Uran, Yttrium und Zirkonium ausgewählt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte keramische Matrix ein Oxid, ein Nitrid, ein Karbid oder ein Borid enthält.

20. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Ausgangsmetallkörper aus zwei mit Abstand angeordneten am Ende offenen Zylindern besteht.

21. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwand des erwähnten Ausgangsmetailkörpers mit einem Sperrmittel versehen ist.

22. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundkörpers, der eine Vielzahl von im wesentlichen konzentrischen, mit Abstand angeordneten Zylindern enthält und die Geometrie eines Ausgangsmetallmodells in entgegengesetzten Richtungen im allgemeinen umgekehrt nachbildet, wobei der erwähnte keramische Verbundkörper besteht aus (I) einer keramischen Matrix, die durch die Oxydationsreaktion eines Aluminiumausgangsmetalls mit einem Oxydationsmittel, einschließlich eines dampfförmigen Oxydationsmittels, zur Bildung eir'-s Oxydationsreaktionsproduktes erhalten wird, und (II) einem von der erwähnten Matrix eingebetteten Füllstoff, wobei das Verfahren, gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte:

(a) Bereitstellen eines am Ende offenen Zylinders, der aus dem erwähnten Aluminiumausgangsmetall besteht und mindestens eine Öffnung in der Wand des erwähnten Zylinders hat;

(b) Aufbringen eines ersten Haufwerks von anpassungsfähigem Füllstoff auf die gegenüberliegenden Wandoberflächen des erwähnten Zylinders und Einbringen eines zweiten Haufwerks von Füllmaterial in die erwähnte Öffnung, wobei die erwähnten Füllmaterialhaufwerke dadurch gekennzeichnet sind, daß sie (1) durchlässig für das erwähnte Oxydationsmittel sind, damit das erwähnte Oxydationsmittel, falls erforderlich, mit dem geschmolzenen Ausgangsmiltel in Schritt (c) in Verbindung tritt, und durchlässig für das Eindringen des Wachstums des Oxydationsreaktionsproduktes durch die entsprechenden Füllstoffhaufwerke sind und (2) eine ausreichende Anpassungsfähigkeit beibehalten, um die Volumenänderung des erwähnten Ausgangsmetalls am Schmelzpunkt und jede unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen dem erwähnten Ausgangsmetall und den jeweiligen Füllstoffhaufwerken aufzunehmen,

(1) Reagierenlassen des geschmolzenen Ausgangsmetalls mit dem erwähnten Oxydationsmittel zur Bildung des erwähnten Oxydationsreaktionsproduktes,

(2) Halten zumindest eines Teils des erwähnten Oxydationsreaktionsproduktes in Kontakt mit der geschmolzenen Metallmasse und dem erwähnten Oxydationsmittel sowie zwischen ihnen, damit fortlaufend geschmolzenes Metall aus der erwähnten geschmolzenen Metallmasse durch das Oxydationsreaktionsprodukt und in die erwähnten Füllstoffhaufwerke gezogen wird, so daß sich gleichzeitig mit Abstand angeordnete Zylinder in dom erwähnten ersten Füllstoffhaufwerk und radial angeordnete Rippen im erwähnten zweiten Füllstoff haufwerk bilden, während sich Oxydationsreaktionsprodukt fortgesetzt an der Grenzfläche zwischen dem erwähnten Oxydationsmittel und vorher gebildetem Oxydationsreaktionsprodukt bildet, und

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte dampfförmige Oxydat'onsmittel ein sauerstoffhaltiges Gas ist und das erwähnte Oxydationsreaktionsprodukt aus Aluminiumoxid besteht.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwand des erwähnten Ausgangsmetallzylinders mit einem Sperrmittel versehen ist.

25. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dotierungsmittel zusammen mit dem erwähnten Aluminiumausgangsmetall verwendet wird.

26. Selbsttragender keramischer Verbundkörper, gekennzeichnet durch eine Vielzahl axial ausgerichteter, mit Abstand angeordneter zylindrischer Wände, die einen eine Mittelbohrung und mindestens einen in Längsrichtung liegenden Kanal zwischen den Wänden bildenden begrenzten Querschnitt aufweisen und ein Verbindungsmittel, das die erwähnten zylindrischen Wände auf Abstand hält, wobei die erwähnten Wände und das erwähnte Verbindungsmittel aus einer polykristallinen keramischen Matrix besteht, die einen Füllstoff aufnimmt, wobei die erwähnten Wände und das erwähnte Verbindungsmittel im allgemeinen die Geometrie eines in einem Füllmaterialhaufwerk angeordneten Ausgangsmetalls bei Verlagerung des erwähnten Metalls aus seiner ursprünglichen Lage umgekehrt nachbilden, so daß sich die erwähnten Wände und das erwähnte Verbindungsmittel gleichzeitig mit der Oxydationsreaktion des geschmolzenen Ausgangsmetalls bilden, das aus seiner ursprünglichen Lage abtransportiert wird, so daß sich die erwähnte polykristalline keramische Matrix innerhalb der erwähnten Füllstoffhaufwerke bildet, wobei die erwähnte keramische Matrix aus dem Oxydationsreaktionsprodukt des erwähnten Ausgangsmetalls mit einem Oxydationsmittel besteht.

27. Selbsttragender keramischer Verbundkörper nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Ausgangsmetall aus Aluminium und das erwähnte Oxydationsreaktionsprodukt aus Aluminiumoxid besteht.