Способ получения керамических изделий Советский патент 1993 года по МПК C04B35/10 

Изобретение относится к способам производства фасонных керамических структур путем выращивания продукта реакции окисления в изложнице. В частности, изобретение относится к новым улучшенным способам изготовления керамических

структур, имеющих заранее определенную форму или геометрическую конфигурацию.

Цель изобретения - получение изделий сложной конфигурации.

Для этого секцию фасонного исходного металла покрывают подходящим гаэопроницаемым материалом с тем, чтобы получить форму, имеющую фасонную поверхность, которая совпадает с фасонной секцией. Этот материал внутренне связан по крайней мере в зоне упрочнения, которая расположена вблизи фасонной поверхности и коаксиальна с ней. Это дает возможность получить форму, фасонная поверхность которой сохраняет целостность при условиях процесса, описанных ниже. Форма, исходный металл и приемная емкость ориентированы так, что исходный металл располагается в приемной емкости, при этом вместимость приемной емкости достаточна по крайней мере для размещения всего расплавленного металла в расплавленном виде. Сборку затем нагревают до температуры, которая выше точки плавления исходного металла, но ниже точки плавления продукта реакции окисления и формы, и полученный расплавленный металл отсасывают из формы в приемную емкость без повреждения формы, посредством чего образуется полая форма. Нагревание продолжают в присутствии парообразного окислителя в указанном температурном диапазоне, затем расплавленный металл реагирует с окислителем, образуя продукт реакции окисления. По крайней мере часть продукта реакции окисления удерживается в контакте и между расплавленным металлом и окислителем с тем, чтобы последовательно вытягивать расплавленный металл через продукт реакции окисления в полую форму для контактирования с окислителем, за счет чего продукт реакции окисления продолжает обрабатываться в промежутке между окислителем и ранее образованным продуктом реакции окисления. Реакция продолжается до тех пор, пока выращиваемый или растущий продукт реакции окисления не вступит в контакт с фасонной поверхностью формы, посредством чего формируется керамическая структура, конфигурация которой определяется формой полой емкости. По завершении этапов керамическую структуру извлекают из формы.

В другом варианте настоящего изобретения по крайней мере часть проницаемого металла, .использованного для формирования фасонной поверхности, содержит материал барьера, за счет которого ограничивается рост продукта реакции окисления на фасонной поверхности. Далее исходный металл удерживается над приемной емкостью и втекает в нее. например, под действием гравитации, при этом отлитый металл располагают на подходящем держателе, Может быть использован

расплавляемый держатель, расположенный внутри приемной емкости. В ходе нагревания, а также при контактировании расплавленного исходного металла с

расплавляемым держателем, последний испаряется, так что при входе расплавленного металла в приемную емкость расплавляемый держатель заменяется расплавленным металлом. В другом варианте держатель может иметь жаропрочную основу, размеры и конфигурация которой таковы, что она открыта как для потока расплавленного металла из формы в приемную емкость, так и для роста продукта реакции окисления из при5 емной емкости в полую форму. :

Керамика не следует понимать как керамическую структуру в традиционном смысле, т.е. целиком состоящую из неметаллических и неорганических материалов, а

0 скорее как структуру, которая является в основном керамической по отношению к любой композиции или по преобладающим свойствам, хотя структура может содержать малое или существенное количество одного

5 или многих металлических составляющих, производных от исходного металла или восстановленных из окислителя или присадки, наиболее часто в интервале 1-40 об.%, но могут содержать и брльшее количество мё0 талла.

Продукт реакции окисления означает один или более металла в окисленном состо- .янии, причем металл отдает электроны или делит их с другим элементом, соединением

5 или их комбинацией. Соответственно, продукт реакции окисления по данному определению содержит продукт реакции одного или более металла с окислителем, как это описано в данной заявке.

0 Газообразный реагент (иногда просто окислитель) означает один или более подходящий акцептор электронов, которые присутствуют в виде газа (пара) при условиях протекания процесса.

5 Исходный металл означает металл, который является затравкой для поликристаллического продукта реакции окисления и содержит относительно чистый металл, имеющийся в продаже металл с примесями

0 и/или легирующими добавками, или сплав, в котором металлическая затравка является преобладающей составляющей; когда упоминается конкретный металл как исходный, например алюминий, то следует иметь в ви5 ду металл по этому определению, если иное не оговорено в тексте.

На фиг. 1 показан вид промежуточной стадии использования проницаемого материала на фасонном исходном металле; на фиг. 2 - сечение устройства по предпочтительному варианту, включающее фасонный исходный металл, покрытый проницаемым материалом и удерживаемый над приемной емкостью; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - вид, соответствующий фиг. 2, на последней стадии способа; на фиг. 5 - частичный разрез фиг. 2, но другого варианта осуществления настоящего изобретения; на фиг. 6 - сечение фасонной керамической структуры, полученной с использованием устройства по фиг. 4, имеющей внутренний и наружный сегменты, составляющие матрицу, помещенную в наполнитель.

На фиг. 1 показан фасонный исходный металл 1, который имеет цилиндрическую форму (но может быть любой другой конфи- . гурации) и кольцевую площадку 2, окружающую его по окружности ближе к краю 3, чем к краю 4. Большая цилиндрической формы поверхность исходного металла 1 обозначена позицией 5. Край 3, цилиндрическая фасонная поверхность 5 и поверхности кольцевой площадки 2 составляют шаблонную секцию фасонного исходного металла 1, край 4 - нешаблонную секцию фасонного исходного металла 1.

На фиг. 1 примерно половина продольной шаблонной секции фасонного исходного металла 1 покрыта проницаемым подходящим материалом 6, нанесенным на нее. В данном описании и формуле изобретения характеристика материала 6 проницаемый означает, что как и держатель 7, установленный на нем и описанный ниже, он является проницаемым для прохождения парообразного окислителя, например воздух. Проницаемый материал 6 наносят до тех пор, пока вся шаблонная секция исходного металла 1 не будет покрыта проницаемым материалом требуемой толщины, а остающаяся на краю 4 нешаблонная секция является непокрытой. Проницаемый материал 6 покрывает или накладывается на шаблонную секцию фасонного исходного металла 1 так, что в материале 6 формируется фасонная поверхность 8 (фиг. 2), которая при удалении исходного металла определяет форму 9 (фиг. 4), полость которой повторяет шаблонную секцию. После покрытия проницаемым материалом 6 всей шаблонной секции (т.е. поверхностей 3, 5 и поверхности кольцевой площадки 2) дают возможность этому материалу затвердеть или в противном случае закаливают его, подвергая такой обработке, как нагревание или обгорание, за счет чего обеспечивается спекание проницаемого материала. Например, проницаемый материал может содержать материал барьера, такой как модельный гипс, включающий горячую составляющую, или смесь такого модельного гипса и силиката кальция, которые после затвердевания и нагревания становятся проникновенными для воздуха или газообразного окислителя. Проницаемый материал может также содержать твердый материал наполнителя, перемешанный со связующей, служащей для получения скрепляющего усилия в сыром составе, который

0 накладывается и приклеивается к шаблонной секции и затем затвердевает или спекается, образуя форму 9, показанную на фиг. 2 и 4. Проницаемый материал или по крайней мере его часть, которая формирует зону

5 упрочнения формы 9, показанную на фиг. 2 пунктирной линией 10, является внутренне упрочненным материалом. Следовательно, выше точки плавления исходного металла и испарения его из формы форма или по край0 ней мере ее зона упрочнения 10, которая определяет фасонную поверхность 8, сохраняет свою структурную целостность. Всю форма может быть изготовлена из внутренне упрочненного материала или

5 только в случае необходимости из такого материала может быть изготовлена его внутренняя зона. Например, первый слой проницаемого материала, который является внутренней поверхностью формы, делается

0 упрочненным, за ним следует второй или наружный слой проницаемого материала, который не должен быть упрочненным. Как указано в описании и формуле, определение внутренне упрочненный означает, что ма5 териал сохраняет единство структуры при нагревании в условиях протекания процесса с тем, чтобы расплавить фасонный исходный металл и извлечь его из формы, и окислении расплавленного металла с тем,

0 чтобы обеспечить рост продукта реакции окисления в форме 9 (фиг. 4). Фасонная поверхность 8, следовательно, сохраняетсвою форму и не искривляется, искажается и т.п. при условиях протекания процесса.

5 В других вариантах осуществления настоящего изобретения проницаемый материал 6, работающий как наполнитель, спекается или приобретает форму путем применения подходящего клея или связую0 щего, которые при нагревании до расплавления исходного металла испаряются. Наполнитель или по крайней мере его часть внутри зоны упрочнения, обозначенной пунктирной линией 10 на фиг. 2, спекается

5 или упрочняется с тем. чтобы обеспечить достаточное склеивающее усилие формы и сохранить целостность фасонной поверхности 8.

Подходящий контейнер, сосуд, емкость, обозначенные позицией 11, включают жаропрочный или металлический сосуд 12, внутри которого расположено содержимое контейнера 13, Содержимое контейнера 13

. имеет цилиндрическую выемку 14, объем которой достаточен для вмещения всего рас.плавленного металла, полученного после расплавления фасонного исходного металла 1,.Содержимое контейнера 13 содержит материал, который является инертным по отношению к условиям реакции окисления исходного расплавленного металла, Например, при 1250°С в случае, когда исходным металлом является сплав алюминия и в качестве окислителя используется воздух, материал фирмы Нортон кампани - алундум является подходящим материалом для содержимого контейнера. Это означает, что продукт реакции окисления, полученный путем окисления расплавленного исходного металла, не будет проникать в контейнер 13 и реакция окисления не распространяется через контейнер 13. Выемка 14 как углубление для расплавленного металла может, быть сделана внутри контейнера 13 путем спекания частиц, содержащихся в контейнере 13, или как показано на фиг. 2, или путем установки фасонного и жаропрочного контейнера 15, такого как трубка из стабилизированной окиси циркония, окиси алюминия и т.п. Контейнер 15 может быть перфорированным по причинам, указанным ниже.

Расплавляемое упрочняющее средство 16 расположено внутри трубчатого контейнера 15 и проходит снизу до верху, как показано на фиг. 2, выемки 14. Как показано на фиг, 3, расплавляемое упрочняющее средство 16, которое может содержать расплавленный органический материал, испаряемый при плавлении фасонного исходного металла, является крестообразным в поперечном сечении. Держатель может быть выполнен любой подходящей конфигурации или может быть твердым блоком. Средство крепления служит для удерживания веса фасонного исходного металла, когда он и форма расположены на верхней поверхности, как показано на фиг. 2, контейнера 13, при этом фасонный расплавленный металл 1 расположен коакси- ально с цилиндрической фасонной выемкой 14. Можно показать, что некоторые упрочнения фасонного исходного металла могут оказаться необходимыми для предотвращения их отрывэния от формы под собственным весом, за счет чего повреждается поверхность 8 и попадает в углубление 14. Это наиболее вероятно, когда форма изготовлена из неупрочненного материала, который не прошел термообработку при

повышенной температуре. В показанных вариантах осуществления настоящего изобретения фасонный исходный металл 1 ориентирован относительно приемной емкости

17 так, что он расположен на расплавляемом держателе 16. . Другие средства могут быть использованы для крепления исходного фасонного металла. Например, может быть использо0 ван трубчатый держатель 15, который изготовлен из трубки, толщина стенки которой достаточна для удержания веса исходного фасонного металла и формы. Трубчатый держатель имеет достаточно малый внутрен5 ний диаметр по сравнению с диаметром расплавленного металла,за счет чего исходный металл располагается на краю держателя, в результате металл удерживается и устраняется необходимость использования

0 расплавляемого удерживающего средства 16, Трубчатый держатель будучи жаропрочным является полезным средством крепления.

Сборку, показанную на фиг. 2, нагрева5 ют, например, в печи, которая вентилируется для обеспечения доступа воздуха и окислителя.

При нагревании- сборки до температуры, которая выше точки плавления исходно0 го металла, но .ниже точки плавления продукта реакции окисления, формируемого из этого металла, фасонный исходный металл расплавляется и втекает в углубление или приемную емкость 14, освобождая

5 форму 6, расположенную за фасонной полой формой 9 (фиг. 3). Расплавляемое средство крепления 16 сгорает или испаряется предпочтительно как только расплавленный металл контактирует с держателем, пары

0 проходят через трубчатый держатель 15 в ванну держателя 13 и в атмосферу. Таким образом, расплавленный исходный металл замещает расплавляемый удерживающий материал. Расплавляемый удерживающий

5 материал, который может быть использован в настоящем изобретении, содержит те материалы, которые используются в традиционной технологии литья. Хотя для некоторых предпочтительных вариантов

0 осуществления настоящего изобретения могут быть использованы расплавляемые пластмассы и пенообразные соединения. Наиболее предпочтительными являются полистирол, полиэтилен и полиуретан. исполь5 зуемые в качестве материалов для изготовления расплавляемых держателей.

Расплавляемому держателю может быть придана требуемая конфигурация с помощью процессов инжекционнгм о Формования, жидкого формования. ЭКСПУУГШИ, литья.

машинной обработки и т.п. Инжекционное формование является наиболее приемлемой технологией для изготовления расплавляемых держателей. Жидкое формование может быть предпочтительным в определенных случаях, благодаря тому, что по этой технологии можно изготовить поле расплавляемые держатели. Жидкое формование может быть, в частности, желательно, поскольку оно сводит к минимуму количество расплавляемого металла, необходимое для изготовления данного держателя, посредством чего облегчается испарение выемки 14.

Расплавленный металл, получаемый путем расплавления исходного металла 1, может заполнять полностью или частично выемку 13. В ходе этой фазы плавления может оказаться желательным превратить окисление расплавленного металла внутри формы. В этом случае в печи должна быть создана инертная или неокисляющая (при рабочих условиях) атмосфера, так как аргоновая или азотная, В другом варианте форма может быть помещена внутри съемного проницаемого контейнера из нержавеющей стали, свободно установленного внутри формы. При наличии расплавленного металла внутри выемки 14 происходит окисление расплавленного исходного металла (при окислительной атмосфере) возникает рост продукта реакции окисления из расплавленного металла, содержащегося внутри выемки 14, по направлению кверху в полость формы 9. Нагревание исходного металла, например алюминия, 6 присутствии парообразного окислителя, например воздуха, до определенной температуры выше точки плавления исходного металла, но ниже точки плавления продукта реакции окисления вызывает реакцию расплавленного металла с парообразным окислителем и образование продукта реакции окисления. Образование этого продукта происходит на верху массы расплавленного металла внутри приемной емкости 11. В соответствии с этим продукт реакций окисления удерживается в контакте и между массой расплавленного исходного металла, под ним и парообразным окислителем, над ним, за счет чего обеспечивается вытягивание расплавленного металла из массы расплавленного металла через продукт реакции окисления в полость формы 9. Следовательно, продукт реакции окисления продолжает формироваться в промежутке между парообразным Окислителем и ранее образованным продуктом реакции окисления. На фиг. 4 показано проникновение парообразного окислителя через проницаемую форму 6 и соприкосновение с поверхностью растущего продукта реакции окисления 18. Таким образом происходит непрерывное образование дополнительного продукта реакции окисления на

промежуточной поверхности 19, между парообразным окислителем и ранее образованным продуктом реакции окисления 18. Более ранние стадии роста продукта реакции окисления 18 показаны пунктирными

0 линиями 19а, 19d и 19с. Масса расплавленного исходного металла расходуется за счет формирования продукта реакции окисления и становится полой в центре, как показано пунктирными линиями 20 на фиг. 4. Рас5 плавленный, металл продолжает вытягиваться вверх вдоль боковых сторон выемки 14 и проходит через продукт реакции окисления 18 промежуточной поверхности 19, по мере того как поддерживаются условия про0 текания реакции и до тех пор. пока полость формы 9 не заполнится продуктом реакции окисления. Форма 9 может быть изготовлена из жесткого материала, благодаря чему фасонная поверхность 8 препятствует даль5 нейшему росту продукта реакции окисления, за счет чего .конфигурация керамической структуры, содержащей продукт реакции окисления, определяется конфигурацией фасонной поверхности.

0 Барьеры могут быть использованы в качестве .проницаемого материала с целью предотвращения роста или .предотвращения развития роста продукта реакции окисления на фасонной поверхности,

5 определяющей полость формы. Этот барьер облегчает формирование керамической структуры с границами, определяемыми полостью формы.Подходящмми барьерами могут быть любые материалы, соединения,

0 элементы, композиции и т.п., которые при условиях протекания процесса по настоящему изобретению сохраняют свою целостность, не теряют форму и являются проницаемыми для парообразного окисли5 теля, тогда как они способны локально препятствовать, ограничивать, предотвращать и т.п. рост продукта реакции окисления. Подходящими материалами барьеров при использовании, например, в качестве ис0 ходного металла алюминия и воздуха - в качестве окислителя являются сульфат кальция (модельный гипс), силикат кальция и портландский цемент или их смесь. Эти материалы содержат также подходящие или

5 горючие материалы, которые исчезают или испаряются, или материалы, которые разлагаются при нагревании, обеспечивая увеличение пористости и проницаемости барьера для парообразного окислителя. Более того материалы барьера могут содержать подходящие жаропрочные частицы, служащие для уменьшения разломов и растрескиваний, которые в противном случае могут возникать в ходе процесса нагревания,

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения материал барбера содержит смесь сульфата кальция, т.е. модельного гипса, и портландского цемента или силиката кальция. Портландский цемент или силикат кальция могут быть смешаны с модельным гипсом в соотношении 10:1-1:10, предпочтительное соотношение портландского цемента и модельного гипса составляет 1:3, а силиката кальция к модельному гипсу - примерно 1:1. При желании портладский цемент может быть использован один в качестве материала барьера.

Другим предпочтительным вариантом при использовании в качестве исходного металла алюминия является модельный гипс, перемешанный с окисью кремния, предпочтительно в стехиометрическом соотношении, но может быть некоторое превышение модельного гипса. В ходе процесса модельный гипс и окись кремния реагируют друг с другом, образуя силикат кальция, который является хорошим барьером, свободным от трещин. В другом варианте модельный гипс перемешивают примерно с 25-40% по весу карбоната кальция. При нагревании карбонат кальция разлагается, образуя диоксид углерода, посредством чего улучшается пористость и, следовательно, проницаемость материала барьера.

При желании количество расплавленного исходного металла внутри выемки 14 может быть выполнено из резервуара расплавленного металла, например, с использованием трубки, проходящей из контейнера 13 и присоединенной к отверстию держателя 15 для перетекания дополнительного расплавленного исходного металла в выемку 14. Дополнительная подача расплавленного исходного металла в выемку 14 может в некоторых случаях ускорить рост продукта реакции окисления, а также облегчить удерживание продукта реакции окисления 18 в полости формы 9. Однако, когда такая технология пополнения исходного металла не применяется, продукт реакции окисления 18 будет стремиться остаться в полости формы 9, поскольку его рост до контактирования с фасонной поверхностью 8 дает плотную подгонку, даже когда поверхность 8 содержит материал барьера. Более того, конфигурация полости формы 9, подобная кольцевой форме, соответствующей площадке 2 фасонного исходного металла 1 (фиг. 1), будет способствовать механическому удерживанию продукта реакции окисления 18 на месте.

Когда в результате роста продукт реакции окисления 18 целиком заполнит полость формы 9, сборку охлаждают и полученную керамическую структуру, которая ограничена фасонной поверхностью 8 полой формы

0 9, извлекают путем разламывания и удаления формы 6. Результирующая керамиче- ская структура будет иметь форму, аналогичную форме исходного металла 1, показанной на фиг. 1. Керамическая струк5 тУРа может быть рассечена или обработана . механически вдоль поверхности 4 фасонного исходного металла с тем, чтобы удалить все прилипшие остатки исходного металла или любые наплывы или нежелательные вы0 ступы продукта реакции окисления.

Результирующая керамическая структура содержит поликристаллический продукт реакции окисления и может иметь промежуточные или изолированные металлические

5 вкрапления, включая, например, неокисленные частицы исходного металла. Она может содержать также некоторые поры или полости.

Существенным преимуществом настоя0 щего изобретения является то, что фасонный исходный металл может быть изготовлен любым подходящим способом. Например, кусок металла, такой как стержень - отливка, брусок, могут быть обрабо5 таны механически или отлиты, выдавлены или им может быть придана требуемая конфигурация иным способом. На него могут быть нанесены канавки, углубления, впадины, площадки, фланцы, выступы, резьба и

0 т.п. и/или к нему могут быть прикреплены кольца, втулки, диски, стержни и т.п., обеспечивающие получение требуемой формы. Можно показать, что много легче изготовить таким образом сложное изделие, чем изго5 тавливать его путем механической обработки целикового керамического изделия, в особенности, когда оно имеет сложную фор- му. ; . .: . - . На фиг. 5 показан Другой вариант осу0 ществления настоящего изобретения, по которому имеется контейнер 11, аналогичный контейнеру фиг, 2, и в котором форма 19 содержит внутреннюю секцию 20 и наружную секцию 21. Внутренняя секция 20 сде5 лана из первого проницаемого материала, нанесенного на фасонный исходные металл 1, для получения фасонной поверхности 21 формы 19. Внутренняя секция 20 содержит подходящий наполнитель, перемешанный с подходящим клеем или связующим веществом, которые обеспечивают использование отожженного наполнителя с исходным фасонным металлом. Когда внутренняя поверхность 20 закалена или упрочнена, на нее наносят второй слой проницаемого подхо- дящего материала, формируя наружную секцию 21, которая может содержать, например, смесь модельного гипса и силиката кальция и, следовательно, служить в качестве материала барьера. Как спекшийся наполнитель с внутренней секцией 20, так и материал барьера с наружной секцией 21 являются проницаемыми и пропускают через себя парообразный окислитель. Наполнитель на внутренней поверхности 20 или по крайней мере его зона упрочнения, соответствующая зоне упрочнения, показанной пунктирной линией 10 на фиг, 2, является внутренне связанным, за счет чего после нагревания и потери или испарения связую- щей частицы наполнителя охлаждаются связанными, сохраняя достаточное сцепление, необходимое для поддержания целостности фасонной поверхности 22 при расплавлении исходного металла и перетекании его в приемную емкость.

При росте продукта реакции окисления способом, аналогичным способу, показанному на фиг. 4. растущий продукт реакции окисления будет пропитывать и заполнять наполнитель внутренней секции 20 и будет вырастать до внутренней поверхности 23 наружной секции 21. Рость поликристаллического материала, возникающего из про- дукта реакции окисления, может происходить в направлении и внутрь проницаемой массы материалы наполнителя, который пропитывается и заполняется растущим поликристиллическим материа- лом, образующим композитную керамическую структуру. Наполнитель может сбдержать различные жаропрочные и/или пожаропрочные гранулы, нити или другие материалы, включая керамические наполни- тели. Образовавшиеся композитные материалы содержат плотную основу керамического поликристаллического продукта реакции окисления, заполняющего наполнитель. Наполнитель содержит сво- бодную или связанную сетку или структуру материала, которая имеет стыки, промежутки, отверстия и т.п., которые обеспечивают ее проницаемость для парообразного окислителя и для роста через нее продукта реак- ции окисления. Внутренняя поверхность 23 барьера на наружной секции 21 предотвращает дальнейший рост продукта реакции окисления, после завершения роста и охлаждения сборки керамическую структуру

восстанавливают путем удаления или разрушения наружной секции 21.

Полученная керамическая структура 24 показана на фиг. 6 и содержит внутренний сегмент 25 и наружный сегмент 26. Внутренний сегмент 25 содержит так называемую выросшую в воздухе) керамику, т.е. керамику, выросшую не в наполнителе, а а объеме или пространстве, занимаемом только воздухом или другим парообразным окислителем. Соответственно, внутренний сегмент 25 не содержит наполнитель. Наружный сегмент 26 содержит керамический композит, т.е. керамический материал, заполняющий наполнитель, который может содержать, например, керамические частицы, нити и т.п. При желании удлиненную поверхность кольцевой площадки можно сделать заподлицо или слегка выступающей по отношению к наружной поверхности внутренней секции 20. За счет этого образуется продольная поверхность конечного продукта, обладающая свойствами износостойкости, отличающимися от остальной наружной поверхности,

Дополнительные присадочные материалы к исходному металлу могут значительно повлиять или ускорить процесс реакции окисления. Действие присадок определяется различными факторами, которые не зависят от самих присадок. Такими факторами являются, например, состав исходного металла, требуемого конечного продукта, комбинация присадок, окислительная атмосфера, условия протекания процесса. Например, некоторые присадки для успешной работы требуют наличия других присадок.

Присадка или присадки могут быть выполнены в виде легирующих добавок к исходному металлу или могут быть нанесены на наружную поверхность фасонного исходного металла, предпочтительно в виде частиц или порошка. При наличии наполнителя, работающего как описано применительно к фиг. 5, подходящие присадки могут быть нанесены на наполнитель или перемешаны с ним или подходящий наполнитель может в своем составе содержать присадку. Когда присадка или присадки наносятся на наполнитель, это выполняется любым известным способом, позволяющим рассеять присадки по части или всему наполнителю в виде покрытия или порошка, предпочтительно наносить присадку по крайней мере на части наполнителя вблизи исходного металла. На наполнитель могут быть нанесены другие присадки в виде слоя одного или нескольких присадочных материалов, включая его наружные отверстия, стыки, проходя, промежутки и т.п., которые обеспечивают его проницаемость, Удобным способом нанесения присадочного материала является вымачивание наполнителя в жидкой среде (например, растворе материала присадки).

Источником присадки может быть также жесткая масса присадочного материала, контактирующая с частью материала нителя и фасонного исходного металла и расположенная между ними Например, тонкий лист стекла, содержащего окись кремния (пригоден в качестве присадки jrtpH окислении алюминия в качестве исходного металла), может быть помёиден на поверхность фасонного исходного Металла и на него нанесён газопроницаемый подходя- щий материал в качестве покрытия. Дополнительно или по другому варианту одна или нес кол ькб п рисадо к мо гут б ыть с н а руж и на- йесены на поверхность фасонного исходно- то металла Кроме того, приладки, вплавленные в исходный металл, могут быть усилены присадками, нанесенными указанными .способами. Следовательно, любая концентрация вплавленных присадок мо- жет быть усилена дополнительной кон центрацией соответствующей присадки (присадок) этим альтернативным способом или наоборот.: Г.; / :- (:; . .«-.-. ; .У: :7:: К(

Присадками исходного металла алюми- имя при его окислении в воздухе; могут, в частности, быть магний и цинк, особенно в комбинации с Другими присадками, как описано ниже. Эти металлы или источник этих металлов могут быть вплавлены в алюмини- ёвую оснбву исходного металла в концентрации 1-10 вес.% относительно общего веса результирующего прйсадочййго метал- да. Концентрация любой гфйсадкй определяется такими факторами, как состав присадок в комбинаций и температура процесса. Присадки в даннойконцентрации инициируют рост керамики, усиливают процесс перемещения металла и благоприятно влияют на морфологию роста рёзультирую- щего продукта реакции окисления.

Другими присадками, которые эффективны для ускорения ростаi поликристзлли- чёского продукта реакции окисления на основе алюминия в качестве исходного ме- талла, ЯВЛЯКУГСЯ, например, кремний, германий, олово и свинец, особенно, когда они используются в комбинации с магнием и цинком. Один или более этих материалов или подходящий их Источник вплавляют в исходный металл алюминий в концентрации 0,5-15 вес.% от общего веса сплава, однако более приемлемый рост кинетики реакции и улучшение ее морфологии достигается при концентрации присадок в диапазоне 1-10

вес.% от общего веса сплава исходного металла. Свинец как присадку в основном вплавляют в алюминиевую основу исходного металла при температуре по крайней мере 1000°С, учитывая его слабую растворимость в алюминии, однако наличие других легирующих добавок, таких как олово, увеличивает растворимость свинца и дает возможность легировать материал при более низкой температуре.

Другими примерами материалов присадок, используемых с алюминием в качестве исходного металла, являются натрий, литий, кальций, бор, фосфор и иттрий, которые могут использоваться по отдельности или в комбинации один с другим в зависимости от окислителя и условий протекания процесса. Натрий и литий могут быть использованы в очень малых количествах (обычно 100-200 частей на миллион) и могут использоваться по отдельности и вместе или в комбинации с другими присадками. В комбинации с другими присадками могут использоваться и редкоземельные элементы, такие как церий, лантан, празеодиум, неодиум и самарий.

Как указано .выше, нет необходимости вплавлять каждую присадку в исходный металл. Например, одна или более присадка может быть нанесена тонким слоем либо На всю. либо на часть поверхности исходного металла или соответствующей поверхности массы держателя. Такой слой присадочного материала может быть нанесен кистью, погружением, распылением, испарением или иначе, используя материал присадки в жидком или пастообразном виде, либо разбрызгиванием, либо просто нанесением твёрдого слоя присадки, или тонкого листа или пленки присадки на поверхность исходного металла или.массы держателя. Присадка может, но не обязательно, содержать органическое Или неорганическое связующее, клей, растворитель и/или упрочнитёль. Более желательно использовать материал присадки в виде порошка, наносимого на поверхность массы держателя или исходного металла с помощью клея или связующего вещества, которые исчезают в ходе процесса реакции. Одним из предпочтительных способов нанесения присадок является использование жидкой суспензии присадок в смеси воды и органической связующей, распыляемой на поверхности с тем, чтобы получить прочное покрытие, которое сохраняется при обработке фасонного металла до начала процесса.

При наружном применении присадочные материалы наносят по крайней мере на часть соответствующей поверхности массы держателя или исходного металла в виде

однородного покрытия. Количество присадочного материала изменяется в широких пределах по отношению к количеству исходного металла, который должен быть подвергнут реакции, как показали эксперименты,в случае алюминия имеются верхний и нижний пределы. Например, при использовании кремния в виде- двуокими кремния, наносимой снаружи в качестве присадки на сплав алюминия с магнием в качестве ис- ходного металла, с использовании кислорода в качестве окислителя, достаточно 0,00003 г кремния на грамм исходного металла или примерно 0,0001 г кремния на квадратный сантиметр поверхности исход- ного металла, на которую наносится двуокись кремния. Было также обнаружено, что керамическая структура получается из исходного металла в виде алюминия и кремния с использованием воздуха или кислорода в качестве окислителя путем использования в качестве присадки МдО в количестве, большем чем 0,0008 г Мд на грамм исходного металла, который подвергается окислению, и более 0,003 г Мд на квадрат- ный сантиметр поверхности, на которую наносится МдО.

Далее изобретение проиллюстрировано примером.

Пример. Цилиндрическую массу алю- миния (сплав 380.1, имеющий состав по весу 8-8,5% SI,2-3%ZnwO,1% Mg как активной присадки, и 3-5% Си, а также Fe, Mn и Ni, содержание Мд иногда выше, чем в интервале 0,17-0,18%), имеющую диаметр 3 дюй- ма (76 мм), толщину 1/2 дюйма (12.7 мм) и отверстие 1 дюйм (25 мм), поместили в держатель цилиндрической фор мы, содержащий пористый, полистирол 3-1/2 дюйма в диаметре (89 мм) и 3/8 дюйма (9.5 мм) тол- щины, на который нанесен тонкий слой присадки в виде окиси кремния (30 микрон, мйнусил)так, что присадка находилась между металлом и держателем. На шаблонную секцию металла нанесли подходящий газо- проницаемый материал, содержащий смесь 30 вес.% модельного гипса (фирмы Во- декс), 70 вес.% валластонит (минеральный силикат кальция фирмы Нико инк.) и воду до образования пригодной для работы пас- ты, и дополнительно покрыли всю поверхность массы держателя за исключением дна. Шаблонная часть металла включает верх, боковую поверхность и отверстие. Нанесенной смеси дали схватиться, при этом модельный гипс подвергся гидролизу, была образована зона упрочнения вблизи шаблонной части металла. Этот металл, держатель и газопроницаемый материал

поместили в волластонитовую форму, находящуюся в жаропрочном сосуде.

Полученную сборку поместили в печь в подачей воздуха и нагревали в течение 5 ч до 1000°С. Температуру в печи поддерживали на 1000°С в течение 100 ч и затем печь охладили до окружающей температуры в течение 5 ч.

Фасонную керамическую структуру восстановили, газопроницаемое покрытие удалили путем легкой пескоструйной обработки. Полученная керамическая структура по форме повторяла шаблонную секцию исходного металла, включая отверстие.

Формула изобретения

1. Способ получения керамических изделий, включающий размещение заготовки металла из группы: титан, цирконий, кремний, олово, гафний, легированный алюминий в контакте с газообразным реагентом, нагрев заготовки до температуры, превышающей температуру плавления металла, но ниже температуры продукта его взаимодействия с газообразным реагентом, поддержание температуры в этом температурном диапазоне в течение времени, достаточного для осуществления реакции и роста продукта взаимодействия в сторону газообразного реагента с образованием самосвязанного тела, отличающийся тем, что, с целью получения изделий сложной конфигурации, изготавливают заготовку металла по форме, соответствующей форме заданного изделия, имеющую шаблонную секцию, наносят на эту секцию слой барьерного материала, проницаемого только для газообразного реагента, толщиной, обеспечивающей целостность слоя при дальнейшем процессе, устанавливают заготовку над приемной емкостью, размер которой достаточен для размещения расплава металла заготовки, а после выплавления металла поддерживают температуру до заполнения полости, образовавшейся на месте заготовки, продуктом взаимодействия металла с газообразной средой.

2. Способ по п. отличающийся тем, что барьерный материал содержит гипс и/или волластонит.

3. Способ поп. 1,отличающийся тем, что, с целью получения модифицированного поверхностного слоя между металлической заготовкой и барьерным слоем размещают слой наполнителя, инертного к продукту взаимодействия металла с газообразной средой, из группы: оксид, карбид, нитрид и бррид.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в приемную емкость перед металлической заготовкой размещают опору из материала, испаряющегося при плавлении металла или из жаропрочного материала.

5. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что в качестве легирующего элемента используют по крайней мере два элемента из группы: Mg, Zn, Su, Sn, Fe.

6. Способ по пп. 1-4, отличающий- с я тем, что в качестве газообразной среды используют кислород или азот, содержащий газ, а процесс ведут при 850-1450°С.

Изобретение ртноШ|ся к cnofCipeaM полг учения фасбнHiix кЙраМйчеЧ;ких ст 1руктур. Заготовку/металлаi/ii p yrtnw;t faH, Цирконий, гафнИЙ; олово, егг1рованнШ алмэ НИй размещают в i Taikre газОобразн реагентом, Harpi&BeiKJT да тёйперйту|Ш; п вышающей температуру плавления -;1иЈтЈйЧ ла, но(меньшей ;те л е атурй г ;авлеяия продукта его; ёзйиШдейотэия с г ообраз- нымреагентб и поддерживаютf емпёра у- ру в это диапазоне в течение времени, достаточного для осуществления реакций и роста продукта взаимодействия в сторону газообразного окислителя с образо ванием самосвязанного керамического тела. При этом заготовка Металла по форме соответствует форме будущего керамического изделия и имеет шаб/гонную с 1чанеСен ным на нее барьерным слоем, проницаемым только(Д газообразного ной, обеспенивакэщёй СйЪя при ал1ьнёйшей Нроце6|сё. Заготбвку ; IQT Ј|д п) достат0чей для размеЦ е1ния расплаёа мё- :;талла эагот0в,кй.гтбсле выгытабления метая- $3, иодДёржйIBfaitoj теS Mггёратуру До : запЬл ёнй); , образовавшейся на мест е заготойкй, ripo ykfом взаимодействия Металла с;газбобразной средой, при этом -6(арье0ный сло 1выполня|Ьт мз гипса и/или валластонйта. В приемной емкости перед установкой металлической заготовки размёйдают otiopy .из материала, испаряю щегося при плавлении металла, или из жаропрочного материала. В качестве газорбразнбй среды испбльзуют кислород или азотсодержащий газ, процесс ведут при 85b -145b°C, а в качестве легирующего алю- миний элемента выбирают по крайней мере дваi из группы: Wig, Zn, Si, Sri, Fe...При необ- ходимЬсти модифицирования Поверхност- ного Слоя между заготовкой и барьерным Слоем рамещают слой наполнителя, инертг ного к продукту взаимодействия металла с газообразной средой, выбранного из группы: оксид, нитрид, карбид или борид. Получают керамические изделия сложной конфигурации. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Фиг. 5

Фиг.2

А-А