Способ изготовления изделий из керамического композиционного материала Советский патент 1993 года по МПК C04B35/10 C04B35/65 

новного металла (изложницы) и слоя (наполнителя) в окружающих условиях окисления нагревается до температуры выше точки плавления металла, но ниже точки плавления продукта реакции окисления, приводя к телу или ванне расплавленного металла. При контакте с окислителем расплавленный металл будет реагировать, образуя слой продукта реакции окисления. После длительно продолжающегося воздействия ок- ружающих условий окисления в пределах соответствующего диапазона температуры остающийся расплавленный металл прогрессивно вовлекается через продукт реакции окисления в направлении окислителя и в слой наполнителя и там при контакте с окислителем образует дополнительный продукт реакции окисления, По крайней мере часть продукта реакции окисления поддерживается в контакте с и между расплавленным основным металлом и окислителем с тем, чтобы вызвать непрерывный рост поликристаллического продукта реакции окисления в слое наполнителя, тем самым включая наполнитель в поликристаллический продукт реакции окисления. Материал поликристаллической матрицы продолжает расти, пока поддерживаются соответствующие условия реакции окисления.

Процесс продолжается до тех пор, пока не закончится инфильтрация продукта реакции окисления и не будет включено требуемое количество наполнителя. Получаемый продукт керамического композитного мате- риала содержит наполнитель, удерживаемый керамической матрицей, состоящей из поликристаллического продукта реакции окисления и факультативно содержащей один или больше неокисленных компоней- тов основного металла или пустот или то и другое одновременно. Типично в этих поликристаллических керамических матрицах кристаллиты продукта реакции окисления взаимосоединены более чем в одном на- правлении измерения, предпочтительно в трех направлениях измерения, и включения металла или пустоты могут быть частично взаимосоединены. Когда процесс не доводится до уровня истощения основного ме- талла, полученный керамический композитный материал является плотным и по существу не содержит пустот/пористости. Когда процесс завершается, т.е. когда окисляется столько металла, сколько воз- можно в условиях .процесса, в керамическом композитном материале образуются поры вместо взаимосоединенных металлических включений. Образующийся керамический композитный продукт согласно

настоящему изобретению обладает по существу первоначальными размерами и геометрической конфигурацией первоначальной изложницы, отрегулированными в отношении изменений основного металла, связанных с точкой плавления и дифференциальным объемом теплового расширения во время проведения процесса относительно образованного и охлажденного композитного продукта.

На фиг.1 показан жаропрочный сосуд 1, например, из глинозема, содержащий слой (матрицу) наполнителя 2, в который уложена (погружена) изложница 3 из основного металла. Как показано на фиг.1, изложница 3 имеет центральную секцию, цилиндрическую по конфигурации, и соединяет пару концевых секций, которые аксиально короче, но большего диаметра, чем центральная секция. Изложница 3 имеет конфигурацию гантели, содержащую обычно участки секции круглых дискообразных концов, соединенных центральной секцией меньшего диаметра.

После нагревания сборки (установки) на фиг.1 до достаточно высокой температуры, чтобы расплавить металл, парообразный окислитель, который проникает в слой наполнителя и который находится в контакте с расплавленным металлом, окисляет расплавленный металл и рост продукта реакции окисления, вытекающий из этого, инфильтрует окружающий слой наполнителя. Например, когда основным металлом является алюминий и воздух является окислителем, температура реакции окисления может быть от 850 до 1450°С, предпочтительно от 900 до примерно 1350°С, и продуктом реакции окисления типично является альфа-глинозем. Расплавленный металл мигрирует через образующуюся поверхностную корку продукта реакции окисления из объема, ранее занимаемого изложницей, что приводит к пониженному давлению в этом объеме из-за непроницаемости для окружающей атмосферы растущей корки продукта реакции окисления и результирующему давлению, действующему на контейнерообразную корку продукта реакции окисления. Однако слой наполнителя 2 (или его зона опоры), окружающий изложницу 3, имманентно является самосвязывающимся при температуре самосвязывания или выше нее, которая лежит выше точки плавления основного металла и близка к температуре реакции окисления, но ниже нее. Таким образом/после нагревания до его температуры самосвязывания, но не раньше наполнитель или его зона опоры спекается или иначе связывается сам с сототы, абразивной зернистости размером 90 меш (Нортон КО, 38 Alundum) в подходящем огнеупорном тигле.

Для каждого опыта шесть наборов с различной концентрацией присадок обрабатывались одновременно в одной печи. Печь позволяла проникать окружающему воздуху через отверстия в ее стенках, присущие конструкции, обычных лабораторных печей, а также через вентиляционное отверстие в дверке печи размером 1/4 дюйма. Номинальный цикл печи позволяет достичь заданной температуры за 5 ч. 80 ч продолжался процесс при заданной температуре, 5 ч - процесс остывания до 600°С, после чего образцы были вынуты из печи. Керамическая основная масса имела частицы проникшего наполнителя окиси алюминия, чтобы получился связанный композитный материал. .

Примерб. Чтобы определить эффект роста основной керамической массы материала на базе окиси алюминия настоящего изобретения, в объем, содержащий металлический наполнитель; добавлялась спираль высотой примерно в один дюйм и дюйм С четвертью в диаметре из коммерческой проволоки в пять витков из сплава, состоящего из 75% железа, 20% хрома и 5% алюминия (Kanihal КО, А-1 проволока из сплава). Эта проволочная спираль окислялась в течение 24 ч при 1200°С в атмосфере кислорода, чтобы образовать защитный поверхностный слой окиси алюминия. Подобно процессу, описанному в примере 4, слиток, из алюминиевого сплава диаметром в 1 дюйм и длину 7/8 дюйма, содержащий присадки 7% кремния, 3% магния в слое зернистой размером 90 меш окиси алюминия 99% чистоты (Нортон Ко, 38 Alundum), с окисленной проволочной спиралью, расположенной концентрично со слитком основного металла на расстоянии 1/8 дюйма от него. Эта комбинация обрабатывалась в течение 96 ч при заданной температуре 1200°С после первоначальных 6 ч нагрева печи до заданной температуры. После остывания, в течение 10 ч образец был вынут из печи, Увеличение веса целого составило 0,74, а слитка 2,56. Исследование раздела образца обнаружило связанный композитный материал, имеющий эластичную фазу проволоки вместе со специальным материалом из 99% альфа окиси алюминия, захваченной в аль-- фа окиси алюминия в основной массе керамической основы настоящего изобретения, Микрофотографический снимок при 50- кратном и 200-кратном увеличении демонстрирует микроструктуры, показывающие захваченные частицы проволоки и окиси

алюминия внутри поликристаллической основной массы настоящего изобретения. Это свидетельствует о совместимости способа и материала этого изобретения с материала5 ми наполнителями в твердом виде, если они обеспечены инертным защитным слоем, чтобы отделить в ином состоянии нестабильный материал или фазу от окружающего процесса.

10 Пример 6. Чтобы определить эффект роста материала настоящего изобретения в двухдименсионный тканый материал подходящего материала наполнителя при производстве композитного материала

15 настоящего изобретения были проведены эксперименты с тканым керамическим синтетическим материалом из окиси алюминия (Дюпон Ко. FP Alumina). Основной металл для этого эксперимента состоял из керами20 ческого сплава алюминия (№ 5052), содержащего 2,5% магния наряду с 1% других элементов, таких как железо, хром, кремний и медь. Два образца каждый размером 2-9 1/2 дюйма были размещены один над

25 другим так, чтобы получился брусок из основного металла размером дюймов. Верхняя поверхность бруска была покрыта слоем; содержащим 2-5 грамм двуокиси - кремния, смешанной со связывающим

30 средством из поливинилового спирта и воды, Брусок был расположен горизонтально на слое окиси алюминия 95% чистоты, (90 меш) и накрыт с четырех сторон, оставляя верхнюю сторону (покрытую слоем двуоки35 си кремния) ненакрытой, На эту поверхность было положено шесть слоев ткани из окиси алюминия каждый размером примерно три на десять дюймов, которые свободно поддерживались по краям обломками огне40 упорного кирпича. Этот набор размещен в печи аналогично примеру 4 и нагревался в присутствии воздуха при 1125°С в течение 180 ч. Фотография разреза полученного керамического композитного материала с син45 тетичёской тканью показывает тканый наполнитель, вовлеченный в керамическую основную массу, состоящую частично из основной масы взаимосвязанный альфа окиси алюминия и неокисленного металла. Ан ало50 гичные содержащие ткань композитные материалы были изготовлены с другими материалами, включая циркониевую ткань и кремниевую ткань на базе карбида. Если взаимосвязь волокна с основной массой ке55 рамики не слишком сильна и основной металл и окислитель не разрушают волокно, такие композитные материалы потенциально могут извлекать выгоду из очень высокой прочности в двух измерениях приданной

ния процесса, образуя слой связующего вещества в виде двуокиси кремния.

Пример 2. Для иллюстрации отпеча- тывания обратного воспроизведения сложной геометрии в композитном материале с керамической матрицей, содержащем частицы глинозема, слой частиц из двуокиси кремния наносился с помощью органического связующего вещества на поверхность 2-дюймового резьбового стержня из алюминия, содержащего 10% кремния и 3% магния. Затем стержень полностью погружался в слой глинозема (производства Норто ко, 38 Алундум, 220 меш) и нагревался до температуры проведения процесса 1250°С в течение 50 ч. Общее время пребывания в печи составило 60 ч, из которых 5 ч занял цикл разогревания и 5 ч цикл охлаждения.

Стержень в поперечном сечении показан на фиг.З. Композиция полученного композитного материала была подтверждена рентгеновским анализом дифракций порошка. В этом случае считалось, что слой, нанесенный на поверхность сплава, связью вался сам с собой и смежными частицами глинозема для образования зоны опоры, чтобы иметь возможность вести процесс от- печатывания поверхности.

Следует отметить, что геометрия резьбового винта на фиг.2 и 3 является трудной для воспроизведения любым традиционным способом обработки керамики, но этого легко достигается с помощью способа согласно настоящему изобретению.

Пример 3. Этот специфический вариант реализации настоящего изобретения иллюстрирует образование сложной геометрии в композитном материале с керамической матрицей, используя слой частиц глинозема в связующем агенте и зоне опоры, В этом эксперименте цилиндр из нержа-. веющей стали марки 22 использовался как контейнер для размещения основного металла и наполнителя. Контейнер имел внутренний диаметр 3 и 1/4 дюйма и отверстия диаметром 0,0625 дюйма для образования 40-% открытой площади для диффузии парообразного окислителя в слое наполнителя. Контейнер был футерован сеткой из нержавеющей стали с отверстиями диаметром 0,016 дюйма и 30% открытой площади, чтобы препятствовать утечке материала-наполнителя через отверстия контейнера. Этот контейнер или сосуд был герметизирован на нижнем конце с помощью колпачка из нержавеющей стали и был заполнен пред-, варительно прокаленным гетерогенным материалом-наполнителем, содержащим 95 вес.% частиц альфа-глинозема (Нортон ко, 38 Алундум, 90 меш) и 5 вес.% двуокиси.

кремния (преимущественно 100 меш или больше). Стержень из алюминия длиной 26 дюймов и в диаметре 1 и 1/16 дюйма и легированный 10% кремния и 3% магния 5 отливался с 16 выступами типа ребер на своей поверхности в центральной части, составляющей две трети его длины, который использовался для демонстрации точности воспроизведения обратного отпечатывания

0 формы более сложной изложницы. Стержень был равномерно покрыт по всей поверхности Двуокисью кремния (преимущественно размером 100 мел или больоГё), нанесенной на нее с помощью ор5 ганического связующего вещества. Стержень погружался в указанный наполнитель, содержащийся в контейнере, так, что рост керамической матрицы был симметричным и аксиально в направлении стенок контей0 нера из нержавеющей стали. Вышеприведенная система нагревалась до температуры проведения процесса i250°C в течение 225 ч. Общее время пребывания в печи составило 265 ч, из которых 10ч при5 ходится на цикл разогревания и 30 ч на цикл охлаждения.

В списанном способе был получен коге- зионный композитный материал, имеющий альфа-глиноземную матрицу, содержащую

0 альфа-глиноземные частицы материала-на-- полнителя, как подтверждается рентгеновским анализом дифракции порошка. Полость показала высокую точность воспроизводимости, обратное отпечатывание гео5 метрии отлитого алюминиевого стержня.

Хотя в качестве примера приведено лишь несколько вариантов реализации изобретения, которые подробно описаны выше, специалисты в этой области легко

0 поймут, что настоящее изобретение охватывает многие комбинации и варианты кроме тех, которые приведены в качестве примера. П р и м е р 4. Чтобы исследовать эффект роста.продукта реакции окисления настоя5 щего изобретения в зависимости от объема материала наполнителя, включающего окись алюминия, отобранные сплавы алюминия, содержащие ряд присадок - магний и/или кремний - подвергались обработке

0 приустановленныхтемпературахот 1100до 1400°С в атмосфере воздуха, как окислителя, начиная с алюминиевых сплавов полностью в слое специального зернистого материала-наполнителя - окиси алюминия.

5 В каждом опыте цилиндрический образец сплава диаметром 1 дюйм и длиной 7/8- дюйма был отрезан от слитка, отлитого из расплава, приготовленного при 800-900°С. Образец располагался йертикально в слое окиси алюминия 99,5% промышленной чисбой и связывается с растущим продуктом реакции окисления достаточно крепко, чтобы создать достаточную прочность в отношении наполнителя, окружающего образующуюся полость, т.е. зону опоры наполнителя, чтобы выдержать дифференциальное давление и тем самым сохранять внутри слоя наполнителя 2 геометрию заполненной полости, образованной в нем благодаря формованию наполнителя в соответствии с формой изложницы. Как описано выше, если бы наполнитель самосвязывался значительно до завершения расширения основного металла при его нагревании и плавлении, самосвязанный наполнитель треснул бы или разорвался в результате расширения металла.

В варианте реализации, в котором зона опоры наполнителя 2 содержит или включает в себя спекающийся или самосвязывающийся наполнитель или связывающий или спекающий агент, пунктирная линия 4 на фиг.1 показывает размер зоны опоры в слое наполнителя 2, Так как реакция продолжается, полость в слое наполнителя, заполненная изложницей, по существу полностью опустошается в результате миграции расплавленного основного металла через продукт реакции окисления на наружную поверхность его, где он входит в контакт с парообразным окислителем и окисляется для образования дополнительного продукта реакции окисления. Продукт реакции окисления содержит поликристаллический керамический материал, который может содержать включения неокисленных компонентов расплавленного основного металла. После завершения реакции и опустошения объема, ранее занимаемого изложницей 4, установке (сборке) предоставляется возможность для охлаждения и образующийся керамический композитный продукт, размеры которого показаны пунктирными линиями 5 на фиг.1, отделяется от избыточного наполнителя, если такой оказывается оставленным в сосуде. Такой избыточный наполнитель или часть его может образовать когерентное тело по причине спекания или самосвязывания и может быть просто удален из керамического композитного продукта, который его содержит, путем пескоструйной очистки крупным песком, шлифования или тому подобное. Экономичный способ состоит в использовании обдувки металлическим крупнозернистым порошком из вещества, которое пригодно для использования и в качестве наполнителя или компонента наполнителя с тем, чтобы удаляемые наполнитель и металлический порошок и от обдувки могли

повторно использоваться в качестве наполнителя в последующей операции. Важно подчеркнуть, что степень прочности самосвязывающегося наполни ля, необходи- 5 мая для предотвращения деформации (разрушения) полости во время процесса образования композитного материала, типично значительно меньше, чем прочность образующегося композитного материала.

0 Поэтому фактически вполне можно удалить самосвязанный избыточный наполнитель путем обдувки крупнозернистым металлическим порошком (дробью) без заметного ущерба для композитного продукта. В лю5 бом случае структура керамического композитного продукта, имеющего образованную в нем полость, может-дальше подвергаться обработке для получения требуемой формы путем обточки или шлифования или иным

0 способом, доводя изделие до нужной внешней формы.

В отношении отдельных компонентов

наполнителя один соответствующий класс

. компонентов, наполнителя включает те хи5 мические соединения, которые при температуре и условиях окисления процесса не являются летучими, являются термодинамически стиабильными и не реагируют чрезмерно с расплавленным основным или не

0 растворяются в нем чрезмерно, Такие материалы включают окислы одного металла: алюминия , церия Се02, гафния HfOa, лантана , неодима Nd20a, празеодима, разные оксиды: самария Зт20з, скандия

5 SC2U3, тория ThQ2, урана U02, иттрия У20з и циркония Zr02. Дополнительно большое число соединений двух, трех и большего порядка металлов, таких как шпинель алюмината магния МдО -А120з, входит в этот класс

0 стабильных жаропрочных соединений.

Второй класс компонентов наполнителя представляют соединения, которые имманентно не являются стабильными при окислении и высокой температуре окружаю5 щих условий предпочитаемого варианта реализации, но которые в силу относительно низкой кинетики реакций разложения могут включаться в качестве фазы наполнителя в растущем керамическом образовании. При0 мером является карбид кремния. Это вещество окисляет полностью в условиях, необходимых для окисления, например, алюминий кислородом или воздухом в соответствии с изобретением, если бы не было

5 защитного слоя окиси кремния, которая образуется и покрывает частицы карбида- кремния, чтобы ограничить дальнейшее окисление карбида кремния. Защитный слой окисла кремния также дает возможкость частицам карбида кремния спекаться

или связываться самим с собой и другими компонентами наполнителя в условиях реакции окисления в процессе, в который вовлечены алюминий в качестве основного металла и воздух или кислород в качестве окислителя.

Третий класс соответствующих компонентов наполнителя представляют такие вещества, какуглеродные волокна, которые не считаются на основаниях термодинамики или кинетики выдерживающими условия окисления или воздействие расплавленного алюминия, применяемый в предпочитаемом варианте реализации, но которые могут быть сделаны совместными со спо собом, если 1) условия сделаны менее активными, например, благодаря использованию в качестве окисляющих газов, или 2) путем нанесения на них покрытия, как оксид алюминия, который делает вещества кине- тически нереактивными в условиях окисления.

Добавка или добавки 1) могут образовываться как легирующие компоненты основного металла, 2) могут наноситься по крайней мере на часть поверхности основного металла, или 3) могут наноситься на наполнитель или часть слоя наполнителя, например, на зону опоры наполнителя, или же может использоваться любая комбинация из двух или более вышеперечисленных способов 1), 2) и 3). Например, легированная добавка может использоваться в комбинации с добавкой, наносимой снаружи, В случае способа 3), когда добавка или добавки применяются к наполнителю, нанесение их может сопровождаться любым соответствующим способом как, например, дисперги- рование добавок в части или во всей массе наполнителя в виде покрытий или форме макрочастиц.

Полезные добавки для основного металла алюминия, в частности, с использованием воздуха в качестве окислителя, включают в. себя, например, металл магний, металл цинк, в комбинации друг с другом или в комбинации с другими добавками, как описано ниже. Эти металлы или соответствующие источники металлов могут быть легированы в основной металл на базе алюминия при концентрациях каждого между 0,1 и 10 вес.%, исходя из общего веса результирующего добавленного металла. Концентрация любого одного металла - добавки зависит от таких факторов, как комбинация добавок и температура процесса. Концентрации в этом диапазоне вызывают инициирование керамического роста, усиливают миграцию металла и благоприятно

влияют на морфологию роста результирующего продукта реакции окисления.

Другие добавки, которые эффективны для содействия поликристаллическому развитию реакции окисления в отношении систем на базе алюминия в качестве основного металла, относятся к группе, состоящей, например, из кремния, германия, олова и свинца, особенно, когда используются в

комбинации с магнием или цинком. Одна или больше из этих добавок или соответствующий источник их легирования в системе основного металла алюминия при концентрациях каждой от примерно 0,5 до 15 вес.%

от общего сплава, однако более необходимые кинетика роста и морфология роста достигаются при концентрациях добавок в диапазоне примерно от 1 до 10 вес.% от всего сплава основного металла. Свинец в

качестве добавки обычно легируется в основном металле на базе алюминия при температуре по крайней мере 1000°С, создавая возможность в отношении его низкой растворимости в алюминии, однако добавление других легирующих компонентов, таких как олово, будет вообще увеличивать растворимость свинца и создавать возможность легирующему веществу вводиться при более низкой температуре.

Изобретение далее иллюстрируется нижеприведенными примерами, не являющимися ограничивающими.

Пример 1. Для иллюстрации отпеча- тывания обратного воспроизведения сложной геометрии в композитном продукте с керамической матрицей, содержащей частицы карбида кремния, алюминиевый стержень с резьбой, имеющий диаметр 1 дюйм и длину 6 дюймов и содержащий 10% кремния и 3% магния, он был полностью погружен в слой карбида кремния (производства Нортон ко, 39 Кристален, 90 меш) и нагревался до температуры проведения процесса 1125°С в течение 72 ч в атмосфере воздуха.

Общее время нахождения в печи составило 87 ч, из которых 5 ч составили цикл разогревания и 10 ч цикл охлаждения.

Полученный композитный материал был разрезан поперек, чтобы видеть отпечатывание резьбового стержня в композитном материале, состоящем из глиноземной керамической матрицы и карбида кремния (фиг,2). Композиция полученного композитного материала была подтверждена рентгеновским анализом дифракции порошка.,

В этом примере самосвязывающий слой наполнителя, который отмечался, считался следствием частичного окисления частиц карбида кремния при температуре проведетканью и/или увеличения плотности композитного материала.

Пример 7. Чтобы показать рост нитрида циркония в объеме, -состоящем из наполнителя, и для этого изготовить композитный материал из наполнителя с основной массой нитрида циркония, цилиндрический стержень из циркония 3/4 дюйма высотой и 1/2 дюйма диаметром, был заключен в слой в порошок диборида циркония (размер -100 + 325 меш). Система нагревалась в индукционной печи непосредственным соединением с цирконием в течение 15 мин при заданной температуре немного выше 2000°С в формовочном газе (96% азота и 4% кислорода), текущем со скоростью 400 см3/мин.

Результатом был рост основной массы нитрида циркония в объеме, содержащем наполнитель диборид циркония, и получение связанного композитного материала из нитрида циркония и диборита циркония. Рентгеновская дифракция порошка подтвердила присутствие нитрида циркония и диборита циркония в полученном композитном материале.

Предыдущая процедура была повторена с той только разницей, что нитрид циркония рос в объеме содержащий порошок нитрида циркония (размер 1-5 мкм) и формовочный газ окислительной атмосферы протекал со скоростью 200 см3/мин. Рост основной массы нитрида циркония в наполнитель натрид циркония привел к образованию композитного материала, связанного из нитрида циркония с нитридом циркония. Рентгеновская дифракция порошка подтвердила композицию нитрида циркония в конечном продукте.

Пример 8. Чтобы показать рост натрида титана в объеме, содержащем наполнитель, ИЗГОТОЕЛЯЯ композитный материал из наполнителя С основной массой нитрида титана, цилиндрический слиток титана размером 3/4 дюйма высотой и 1/2 дюйма диаметром был помещен в слой окиси алюминия (38 Alundum 90 меш). Эта система нагревалась в индукционной нагревательной печи прямым соединением с титаном в течение 2,5 ч при заданной температуре примерно 2000°С в формовочном газе, текущем со скоростью 400 см3/мин,

Эта система продемонстрировала рост нитрида титана в объеме, содержащем окись алюминия, производя композитный материал, связывающий нитрид титана с окисью алюминия. Анализ этого композитного материала рентгеновской дифракцией подтвердил присутствие нитрида титана, окиси алюминия и следов металла титана,

Предыдущая процедура была повторена за исключением того, что в качестве наполнителя использовался порошок нитрида титана. Реакция протекала в течение 20 мин 5 при заданной температуре, несколько превышающей 2 000°С.

Описанный процесс произвел композитный материал из связанных нитрида титана с нитридом титана. Рентгеновская

0 дифракция порошка подтвердила композицию нитрида титана в композитном материале.

Предыдущая процедура была повторена снова за исключением того, что в качест5 ве наполнителя использовался порошок диборид титана и чистый азот - как окислитель атмосферы. Реакция протекала в течение 10 мин и азот - со скоростью 600 см3/мин,.

0 Рентгеновский дифракционный анализ порошка из связанных нитрида титана и диборита титана.

Пример 9. Чтобы продемонстрировать использование композитных наполни5 телей, содержащих окись циркония, альфа . окись алюминия, вырос способом этого изобретения в объеме коммерчески доступного (Norton ZF Alundum) материал абразивной зернистости, содержащий окись,алюминия

0 и циркония. В этой демонстрации цилиндрический слиток коммерчески доступного алюминия 380.1, размером 1 дюйм длиной и 7/8 дюйма диаметром, был размещен в слое описанного выше материала окиси алюми5 ния-циркония. Система нагревалась в печи сопротивления до заданной температуры реакции 1000°С в течение 95 ч в воздушной атмосфере.

Рост продукта реакции окисления альфа

0 окиси алюминия в массу окиси алюминия- циркония привел к формованию композитного материала, связавшего окись алюминия и циркония, где материал был захвачен основной массой альфа окиси алю5 миния в процессе настоящего изобретения. Рентгеновский дифракционный анализ порошка получившегося материала подтвердил присутствие окиси алюминия альфа и окиси циркония. Коэффициент увеличения

0 веса этой системы составил 0,32, показывая существенное окисление алюминия предшественника в наполнитель из окиси алюминия-циркония. Предыдущая процедура была повторе5 на за исключением того, наполнитель был заменен на порошок окиси циркония- (Muscle Sheals стабилизированный окисью кальция-30 меш). Существенное окисление, отливки из алюминия в массу, содержащую окись циркония, произошло производя

композитный материал, связавший окись алюминия альфа и окись циркония, что было подтверждено рентгеновской дифракцией порошка.

Пример 10. Чтобы показать перерастание основной массы окиси олова в массу, содержащую частицы окиси алюминия (-75+100 меш), в результате чего получается композитный материал из окиси олова и окиси алюминия, цилиндрический слиток 2 см длиной и диаметром 3 см был размещен в слое окиси алюминия. Система нагревалась при заданной температуре 1100°С в воздушной атмосфере в течение 48 ч.

Олово окислилось и основная керамическая масса переросла в наполнитель из окиси алюминия, с образованием композитного материала из связанных окисей олова и окиси алюминия. Рентгеновский дифракционный анализ порошка подтвердил присутствие окиси олова и окиси алюминия альфа в полученном материале.

Увеличение единицы веса этой системы составило 0.28 по сравнению с теоретическим увеличением веса для окиси олова 0,27; следовательно, окисление предшественника олова в слое окиси алюминия альфа было в значительной степени полным.

П Р и м е р 11. Чтобы продемонстрировать перерастание основной массы окиси алюминия альфа в материал-наполнитель из пузырчатой окиси алюминия, то есть полых тел из окиси алюминия (Norton, E 163 Alundum размер 4 до 28 меш.) при различных температурах процесса, цилиндрические слитки размером один дюйм в длину и 7/8 дюйма в диаметре из нескольких сплавов алюминия в некоторых случаях с присадками снаружи были размещены по отдельности в слое наполнителя. Сплавы обрабатывались в воздушной атмосфере при заданных температурах в пределах 950- 1250°С и в двух временных режимах - 48 и 80 ч. Проверка образцов подтвердила формование композитных материалов способом этого изобретения, причем каждый композитный материал содержал основную массу из окиси алюминия альфа и наполнителя пузырчатой окиси алюминия,

П р и м е р 12. Чтобы продемонстрировать формование композитного материала, имеющего основную массу из нитрита кремния. 10, 70 г кремниевых частиц 98,4%-ной чистоты были помещены в слой, содержащий 90 вес.ч. порошка нитрита титана (-325 меш) и 10 вес.ч. металла титана (металл титан добавлен, чтобы увеличить влажность расплавленным кремнием), система нагревалась до температуры реакции 1500°С в

течение 30 мин в атмосфере формовочного газа, текущего со скоростью 600 см3/мин. Рентгеновский дифракционный анализ порошка и исследование образцов, произведенных описанным способом, подтверди- ли присутствие наполнителя нитрита титана, формование нитрита кремния, а также превращение металла титана в слое в нитрит титана. Керамографическое и энергетическое распределение в образцах, показанное рентгеновским анализом, свидетельствует о формовании связанного композитного материала , содержащего основную массу нитрита кремния.

Формула изо бретени я

1. Способ изготовления изделий из керамического композиционного материала,

включающий формование металлической заготовки, размещение ее в проницаемом слое огнеупорного материала, нагрев, выдержку в газообразной среде, реакционнос- пособной по отношению к металлу, при

температуре, превышающей температуру плавления металла, но меньшей температуры продукта его реакции со средой, охлаждение, отличающийся тем, что, с целью получения изделия с внутренней полостью,

повторяющей конфигурацию металлической заготовки, заготовку размещают в материале, проницаемом как для газообразной среды, так для продукта реакции расплавленного металла с газообразной средой, нагрев ведут в течение 5-95 ч, выдерживают в течение 50-225 ч до полного проникновения продукта взаимодействия металла с газовой средой в проницаемый материал, а после охлаждения изделие, в

случае необходимости, освобождают от избытка этого материала.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве металла заготовки используют титан, или цирконий, или.крем- ний, или олово, или легированный алюминий..

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют алюминий, легированный по крайней мере двумя компонентами из группы Mg, Si, Cr, Fe, Zn в количестве 3,5-13 мае. %.

4. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве огнеупорного материала используют оксид, или нитрид, или карбид, или борнд.

5. Способ по п.4, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что огнеупорный материал используют в виде дисперсного порошка, или гранул, или волокон.

Фиг. 1

. 2.

физ.З