DE3784472T2

DE3784472T2 - Verfahren zur herstellung geformter keramischer verbundwerkstoffe.

Info

Publication number: DE3784472T2
Application number: DE8787630262T
Authority: DE
Inventors: Christopher Robin Kennedy; Marc Stevens Newkirk
Original assignee: Lanxide Technology Co LP
Current assignee: Lanxide Technology Co LP
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1987-12-14
Publication date: 1993-07-15
Anticipated expiration: 2007-12-15
Also published as: RU1828462C; RO100048A2; BR8706952A; RO100048B1; CS955287A3; IL84737A; FI90055C; DK671987D0; PT86446B; ZA879544B; PH25921A; ATE86237T1; DE3784472D1; FI875526A0; BG82228A; IE873278L; US4824622A; NO875249D0; IN168229B; NZ222925A

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft im weiten Sinne Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden keramischen Verbundkörpern. Genauer gesagt betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung selbsttragender keramischer Verbundkörper durch das gerichtete Wachstum eines Oxidationsreaktionsprodukts eines Grundmetalls in eine permeable Masse eines Füllstoffmaterials und in eine angrenzende permeable Schichtzone hinein, die außen auf der Füllstoffmasse angeordnet ist, so daß die gebildete Verbund-Schichtzone eine mechanische Integrität aufweist, die schwächer ist als die erhaltene Verbundmasse des Füllstoffs und von letzter abtrennbar ist, so daß dadurch eine Begrenzung für die infiltrierte Masse festgelegt wird.

Beschreibung von Patentanmeldungen der gleichen Anmelder und technischer Hintergrund

Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist dem der EP-A-0 155 831 der gleichen Anmelder verwandt. Diese Anmeldung beschreibt das Verfahren zur Herstellung selbsttragender keramischer Körper, die man als das Oxidationsreaktionsprodukt aus einem Grundmetallvorläufer wachsen läßt. Schmelzflüssiges Grundmetall wird mit einem Dampfphasenoxidationsmittel unter Bildung eines Oxidationsreaktionsprodukts umgesetzt, und das Metall wandert durch das Oxidationsreaktionsprodukt auf das Oxidationsmittel zu, wodurch sich kontinuierlich ein polykristalliner keramischer Körper aus dem Oxidationsreaktionsprodukt entwickelt. Der keramische Körper kann so hergestellt werden, daß er metallische Komponenten und/oder eine Porosität einschließt, die untereinander verbunden sein können oder auch nicht. Das Verfahren kann durch die Verwendung eines zulegierten Dotierungsmittels gefördert werden, wie es bei einem an der Luft oxidierten Aluminium-Grundmetall der Fall ist. Dieses Verfahren wurde durch die Verwendung von externen Dotierungsmitteln verbessert, die man auf die Oberfläche des Vorläufermetalls auftrug, wie in der EP-A-0 169 067 der gleichen Anmelder offenbart ist.
Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist außerdem dem der EP-A-0 193 292 der gleichen Anmelder verwandt. Diese Anmeldung beschreibt ein neues Verfahren zur Herstellung selbsttragender keramischer Verbundkörper dadurch, daß man ein Oxidationsreaktionsprodukt aus einem Grundmetall in eine permeable Masse eines Füllstoffs hineinwachsen läßt, wodurch der Füllstoff mit einer keramischen Matrix infiltriert wird.
Weitere Entwicklungen der obigen Verfahren gestatten die Bildung von keramischen Verbundstrukturen, die (1) einen oder mehrere Hohlräume enthalten, die die Geometrie eines geformten Vorläufer-Grundmetalls invers replizieren, und (2) ein negatives Muster aufweisen, das das positive Muster eines Grundmetall-Vorläufers invers repliziert. Diese Verfahren sind beschrieben der (1) EP-A-0 234 704 (nicht vorveröffentlicht) und (2) EP-A-0 259 239 (nicht vorveröffentlicht) der gleichen Anmelder.
Ein bei den Verfahren der obigen Patentanmeldungen der gleichen Anmelder nützliches Merkmal zur Herstellung eines keramischen Körpers von Nettoform, einschließlich von Verbundkörpern, die im wesentlichen die Originalform und die Abmessungen des Füllstoffs oder einer Vorform bewahren, besteht darin, ein Hinauswachsen der keramischen Matrix über eine definierte Oberflächengrenze hinaus minimal zu machen oder zu verhindern. Ein derartiges Darüberhinauswachsen über die Oberflächengrenzen kann im wesentlichen dadurch verhindert werden, daß man die Infiltration der polykristallinen keramischen Matrix bis zu irgendwelchen definierten Oberflächengrenzen kontrolliert, was dadurch bewirkt werden kann, daß man ein vorgegebene Menge an Grundmetall verwendet, innerhalb der Vorform eine günstigere Oxidationskinetik als außerhalb der Vorform gewährleistet, die oxidierende Atmosphäre zu irgendeinem Zeitpunkt des Verfahrens erschöpft oder die Reaktionstemperatur zu irgendeinem Zeitpunkt in dem Verfahren absenkt. Jede dieser Stufen kann eine genaue Kontrolle oder Aufmerksamkeit erfordern, um im wesentlichen kein polykristallines Überwachsen irgendwelcher definierter Oberflächengrenzen zu erhalten, und trotzdem können die besonders erwünschten Nettoformen oder nahezu Nettoformen nicht erzeugt werden, oder es kann eine zusätzliche spanabhebende Bearbeitung oder Endbearbeitung erforderlich sein, um für ein fertiges Teil annehmbare Toleranzen zu erzeugen.
Es wurden Verfahren zur Herstellung keramischer Verbundstruktur mit einer vorgegebenen Form oder Geometrie entwickelt. Diese Verfahren schließen die Anwendung einer geformten Vorform aus einem permeablen Füllstoff ein, in den man die keramische Matrix durch Oxidation des Grundmetall-Vorläufers hineinwachsen läßt, wie in der EP-A-0 245 192 (nicht vorveröffentlicht) der gleichen Anmelder beschrieben ist. Ein anderes Verfahren zur Herstellung derartig geformter keramischer Verbundkörper schließt die Anwendung eines Sperrschichtelements ein, um das Wachsen des Oxidationsreaktionsprodukts an einer ausgewählten Grenze zu stoppen oder zu behindern, um die Form oder die Geometrie der keramischen Verbundstruktur festzulegen. Diese Technik wird in der EP-A-0 245 193 (nicht vorveröffentlicht) der gleichen Anmelder beschrieben.
Die vorliegende Erfindung schafft ein anderes Verfahren zur Festlegung einer Oberflächengrenze bei einem keramischen Verbundkörper, das für die Erzeugung von keramischen Verbundkörpern von Nettoform vorteilhaft ist, insbesondere bei größeren, einstückigen Körpern oder Körpern mit einer komplizierten Geometrie.

Kurzfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft in weitem Sinne ein Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundkörpers, der eine Masse eines Füllstoffmaterials, beispielsweise eine geformte Vorform, aufweist, die durch eine keramische Matrix infiltriert ist, die durch die Oxidation eines Grundmetalls unter Bildung eines polykristallinen Matrixmaterials erhalten wurde, das im wesentlichen aus dem Oxidationsreaktionsprodukt des Grundmetalls mit einem oder mehreren Oxidationsmitteln, einschließlich eines Dampfphasenoxidationsmittels, sowie gegebenenfalls einem oder mehreren metallischen Bestandteilen besteht. Der selbsttragende keramische Verbundkörper hat eine Oberflächengrenze, einen Umfang oder dergleichen, die dadurch festgelegt werden, daß man wenigstens auf einer Oberfläche der Masse des Füllstoffmaterials eine permeable Schichtzone oder Beschichtung ausbildet. Man läßt den Oxidationsreaktionsprozess so weit ablaufen, daß das Wachstum des Oxidationsreaktionsprodukts über diese Oberfläche hinaus und in die Schichtzone hinein erfolgt. Diese Schichtzone mit dem über die Masse des Füllstoffmaterials hinausgewachsenen Matrixmaterial ist so vorgegeben oder angelegt, daß sie strukturell schwächer ist als der darunterliegende Verbundkörper aus der infiltrierten Füllstoffmasse und leicht mechanisch entfernt oder abgetrennt werden kann. Bei der Entfernung dieser Schichtzone, die dieses über wenigstens einen Teil der Oberfläche hinausgewachsene Produkt enthält, bleibt die freigelegte Oberfläche des erhaltenen Verbundkörpers in einer vorgegebenen Form zurück.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird genauer gesagt ein selbsttragender keramischer Verbundkörper dadurch erzeugt, daß man einen Zonenabschnitt oder eine ausgedehnte Oberfläche einer Masse eines Füllstoffmaterials mit einem Körper aus schmelzflüssigen Metall in Kontakt bringt, der dadurch erhalten wurde, daß man ein Grundmetall auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunkts, jedoch unterhalb des Schmelzpunkts des Oxidationsreaktionsprodukts erhitzt. Die Masse des Füllstoffs kann eine vorgegebene Form oder Gestalt aufweisen, und zwar entweder als eine geformte Vorform, die eine permeable Schichtzone trägt oder von dieser umgeben ist, beispielsweise in Form eines lockeren Betts oder Überzugs, oder durch die Konfiguration der Schichtzone mit einer geformten Oberfläche, die dann mit einer Masse eines lockeren, formanpassenden Füllstoffs in Flächenkontakt gebracht wird. Bei der oben beschriebenen Temperatur oder innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs reagiert das schmelzflüssige Metall mit einem Dampfphasenoxidationsmittel unter Bildung des Oxidationsreaktionsprodukts. Das Dampfphasenoxidationsmittel kann in Verbindung mit einem festen Oxidationsmittel oder einem flüssigen Oxidationsmittel verwendet werden, wie weiter unten in näheren Einzelheiten erläutert wird. Die Masse des Füllstoffmaterials weist wenigstens eine Oberfläche auf, bei der eine Schichtzone oder ein Überzug aus einem Material mit dieser Oberfläche im formanpassenden Flächenkontakt vorliegt, und die Schichtzone ist wenigstens teilweise in einem Abstand von der Kontaktzone angeordnet, so daß die Bildung des Oxidationsreaktionsprodukts in die Masse des Füllstoffmaterials hinein und in eine Richtung auf die Schichtzone zu und wenigstens teilweise in diese hinein erfolgt. Wenigstens ein Teil des Oxidationsreaktionsprodukts wird im Kontakt mit und zwischen dem schmelzflüssigen Metall und dem Oxidationsmittel gehalten, um schmelzflüssiges Metall durch das Oxidationsreaktionsprodukt auf das Oxidationsmittel zu zu saugen, so daß das Oxidationsreaktionsprodukt sich kontinuierlich an der Grenzfläche zwischen dem Oxidationsmittel und vorher gebildetem Oxidationsreaktionsprodukt bildet, das die Masse des Füllstoffmaterials infiltriert hat, wodurch ein Verbundkörper gebildet wird. Man setzt die Reaktion so lange fort, daß ein Wachstum über die Oberfläche hinaus und in die Schichtzone hinein ermöglicht wird, bis wenigstens ein Teil der Schichtzone von dem Oxidationsmittel infiltriert wurde, wodurch ein Zwischenprodukt in Form eines keramischen Körpers hergestellt wird, der die keramische Schichtzone und den darunter liegenden keramischen Verbundkörper umfaßt, wobei die vorgegebene Grenzfläche zwischen den beiden die Grenze oder Oberfläche für das Endprodukt definiert. Die Schichtzone, die das darüber hinaus gewachsene Produkt enthält, ist so angelegt, daß sie strukturell oder mechanisch schwächer ist als der darunter liegende Verbundkörper. Die relativen mechanischen Festigkeiten zwischen den beiden Schichten werden beispielsweise durch eine Auswahl von Materialien und/oder die Zusammensetzung des Füllstoffs und der Schichtzone, die Anordnung dieser Materialien, das Oxidationsreaktionsprodukt und seine Affinität für diese Materialien und eine oder mehrere Verfahrensbedingungen festgelegt. Dieses Zwischenprodukt in Form eines keramischen Körpers, der die infiltrierte Schichtzone und den angrenzenden Verbundkörper umfaßt, wird typischerweise abgekühlt, und die keramische Schichtzone wird auf irgendeine geeignete mechanische Weise von dem darunter liegenden Verbundkörper entfernt oder abgetrennt, wobei der Verbundkörper eine definierte Oberfläche aufweist, die durch die Grenzfläche zwischen der Schichtzone und der infiltrierten Füllstoffmasse festgelegt ist.
Die Verbundgegenstände der vorliegenden Erfindung können mit im wesentlichen gleichförmigen Eigenschaften über ihren gesamten Querschnitt bis zu einer Dicke wachsen, die nach herkömmlichen Verfahren zur Herstellung dichter keramischer Strukturen nur schwierig zu erreichen war. Das Verfahren, das diese Produkte liefert, vermeidet auch die hohen Kosten, die mit den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Keramiken verbunden sind, wozu die Herstellung feiner, hochreiner, gleichförmiger Pulver und das Verdichten durch Sintern, Heißpressen und/oder heißisostatisches Pressen gehören.
Die Produkte der vorliegenden Erfindung werden als Handelsartikel hergestellt oder sind als solche zurichtbar, worunter hierin ohne Beschränkung industrielle, strukturelle und technische keramische Körper für solche Anwendungen verstanden werden sollen, bei denen bestimmte elektrische Eigenschaften, Verschleißeigenschaften, thermische, strukturelle oder andere Merkmale oder Eigenschaften wichtig oder vorteilhaft sind; es sollen jedoch keine recyclten oder Anfallmaterialien eingeschlossen sein, wie sie als unerwünschte Nebenprodukte bei der Verarbeitung schmelzflüssiger Metalle entstehen können.
Bei der Verwendung in dieser Beschreibung und den folgenden Ansprüchen sind die nachfolgenden Begriffe wie folgt definiert:
"Keramisch" ist nicht unangemessen eng so auszulegen, daß dieser Begriff auf einen keramischen Körper im klassischen Sinne beschränkt ist, d.h. in dem Sinne, daß er ganz aus nicht-metallischen und anorganischen Materialien besteht, sondern daß er einen Körper bezeichnet, der entweder im Hinblick auf seine Zusammensetzung oder die dominierenden Eigenschaften vorwiegend keramisch ist, obwohl der Körper geringfügige oder erhebliche Mengen an einem oder mehreren metallischen Bestandteilen enthalten kann, die aus dem Grundmetall stammen oder aus dem Oxidationsmittel oder durch das Dotierungsmittel erzeugt wurden, und die typischerweise in einem Bereich von etwa 1 bis 40 Vol.-% liegen, jedoch auch noch mehr Metall enthalten können.
"Oxidationsreaktionsprodukt" bedeutet ganz allgemein eines oder mehrere Metalle in irgendeinem oxidierten Zustand, in dem ein Metall Elektronen abgegeben hat oder Elektronen mit einem anderen Element, einer Verbindung oder Kombination davon teilt. Demzufolge schließt ein "Oxidationsreaktionsprodukt" gemäß dieser Definition das Produkt der Reaktion von einem oder mehreren Metallen mit einem Oxidationsmittel ein.
"Oxidationsmittel" bedeutet einen oder mehrere geeignete Elektronenakzeptoren oder Elektronenteiler und kann für ein Element, eine Kombination von Elementen, eine Verbindung oder eine Kombination von Verbindungen stehen, die reduzierbare Verbindungen einschließen, und es ist unter den Verfahrensbedingungen ein Dampf, ein Feststoff oder eine Flüssigkeit.
"Grundmetall" bezieht sich auf das Metall, z.B. Aluminium, das der Vorläufer für das polykristalline Oxidationsreaktionsprodukt ist, und schließt dieses Metall als ein relativ reines Metall, ein kommerziell erhältliches Metall mit Verunreinigungen und/oder Legierungsbestandteilen oder als eine Legierung ein, in der der Metallvorläufer den Hauptbestandteil bildet; und wenn ein spezifisches Metall als Grundmetall erwähnt wird, z.B. Aluminium, sollte das angegebene Metall mit der besagten Definition im Kopf gelesen werden, es sei denn, es wird durch den Kontext etwas anderes angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine schematische, senkrechte Schnittansicht, die eine Anordnung aus einem Grundmetall-Gußkörper in einem geeigneten Bett zeigt, der von einer Vorform überlagert ist, die eine permeable Schichtzone trägt, und der in einem Feuerfestbehälter angeordnet ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung und bevorzugter Ausführungsformen

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Grundmetall, das dotiert sein kann (wie unten in näheren Einzelheiten erläutert wird) und der Vorläufer für das Oxidationsreaktionsprodukt ist, zu einem Gußblock, Barren, einem Stab, einer Platte oder dergleichen geformt und in einem Inertbett, einem Tiegel oder einem anderen Feuerfestbehälter angeordnet. Eine permeable geformte Vorform (wie sie unten in näheren Einzelheiten beschrieben wird) wird so geformt oder hergestellt, daß sie wenigstens eine definierte Oberflächengrenze aufweist und für das Dampfphasenoxidationsmittel und das infiltrierende Oxidationsreaktionsprodukt permeabel ist. Die Vorform wird angrenzend und vorzugsweise im Kontakt mit einer oder mehreren Oberflächen oder einem Teil der Oberfläche des Grundmetalls angeordnet, so daß wenigstens ein Teil der definierten Oberflächengrenze der Vorform im wesentlichen fern von oder nach außen oder in einem Abstand von der Metalloberfläche des Grundmetalls angeordnet ist. Die Vorform ist vorzugsweise im Kontakt mit einem Oberflächenbereich des Grundmetalls; gewünschtenfalls kann die Vorform jedoch auch teilweise, jedoch nicht vollständig, in das schmelzflüssige Grundmetall eingetaucht werden, da ein vollständiges Eintauchen die Entwicklung der polykristallinen Matrix abschneiden oder blockieren würde.
Auf der oder die Vorform wird eine permeable Schichtzone ausgebildet, aufgetragen oder verteilt, wie beispielsweise als ein Überzug oder eine Schicht, so daß sie wenigstens eine Oberfläche aufweist, die im wesentlichen im Flächenkontakt mit der Geometrie der definierten Oberflächengrenze der Vorform ist. Die Schichtzone ist ausreichend porös, um für das Dampfphasenoxidationsmittel und das infiltrierende Oxidationsreaktionsprodukt permeabel zu sein. Die permeable Schichtzone, die keine gleichförmige Dicke aufweisen muß, liegt mit ihrer formanpassenden Oberfläche direkt an der definierten Oberflächengrenze der Vorform an oder ruht darauf. Die Bildung des Oxidationsreaktionsprodukts erfolgt in einer Richtung auf die definierte Oberflächengrenze und die permeable Schichtzone zu, die diese Oberfläche, den Umfang oder die Grenze des keramischen Verbundkörpers festlegt. Der Behälter und sein Inhalt werden anschließend in einen Ofen gegeben, der mit einem Oxidationsmittel versorgt wird, das ein Dampfphasenoxidationsmittel einschließt. Diese Anordnung wird auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunkts des Oxidationsreaktionsprodukts, jedoch oberhalb des Schmelzpunkts des Grundmetalls erhitzt, die im Falle von Aluminium unter Verwendung von Luft als Dampfphasenoxidationsmittel beispielsweise im allgemeinen zwischen etwa 850 und 1450ºC und stärker bevorzugt zwischen etwa 900 und 1350ºC liegt. Innerhalb dieses Temperaturintervalls oder bevorzugten Temperaturbereichs bildet sich ein Körper oder ein Vorrat aus schmelzflüssigem Metall, und im Kontakt mit dem oder den Oxidationsmittel(n) reagiert das schmelzflüssige Metall unter Bildung einer Schicht eines Oxidationsreaktionsprodukts. Bei der fortgesetzten Einwirkung der oxidierenden Umgebung wird das schmelzflüssige Metall fortschreitend in und durch vorher gebildetes Oxidationsreaktionsprodukt in Richtung des Oxidationsmittels und auf die definierten Oberflächengrenze zu gesaugt, die sich im Kontakt mit der permeablen Schichtzone befindet. Beim Kontakt mit dem Oxidationsmittel reagiert das schmelzflüssige Metall unter Bildung weiteren Oxidationsreaktionsprodukts, wobei gegebenenfalls metallische Bestandteile in dem Polykristallinen Material dispergiert zurückbleiben. Wenigstens ein Teil des Oxidationsreaktionsprodukts wird im Kontakt mit dem schmelzflüssigen Grundmetall und dem oder den Oxidationsmittel(n) gehalten, um das fortgesetzte Wachstums des polykristallinen Oxidationsreaktionsprodukts in der Vorform aufrechtzuerhalten. Das polykristalline Oxidationsreaktionsprodukt wächst und entwickelt sich fortgesetzt innerhalb der Vorform und bettet deren Bestandteile ein. Das Verfahren wird fortgesetzt, bis das Oxidationsreaktionsprodukt über die definierte Oberflächengrenze hinaus in wenigstens einen Teil der permeablen Schichtzone hineingewachsen ist, um ein Zwischenprodukt in Form eines keramischen Körpers herzustellen, der einen darunterliegenden keramischen Verbundkörper, der von dem Oxidationsreaktionsprodukt infiltriert ist, sowie eine keramische Schichtzone aufweist, die wenigstens teilweise von dem Oxidationsreaktionsprodukt infiltriert wurde. Bei der Durchführung des Verfahrens wurde vorher bestimmt, daß die erhaltene keramische Schichtzone eine mechanische Integrität aufweist, die schwächer ist als die mechanische Integrität des keramischen Verbundkörpers. "Mechanische Integrität" kann dabei als diejenige Eigenschaft oder Festigkeit der entsprechenden keramischen Strukturen definiert werden, die es gestattet, die keramische Schichtzone zu entfernen, beispielsweise durch Sandstrahlen, eine Trommelbehandlung in einem Schleifmedium oder nach einer Aufschlämmungs-Erosionstechnik, ohne daß der darunterliegende keramische Verbundkörper gestört oder zerrissen wird, so daß dieser im wesentlichen intakt bleibt, während die keramische Schichtzone entfernt wird und nachdem sie entfernt wurde.
Das Zwischenprodukt aus dem keramischen Körper, der die Schichtzone und den Füllstoff aufweist, die beide von dem Oxidationsreaktionsprodukt infiltriert sind, wird aus dem Ofen entfernt, und man läßt es unter etwa 850ºC abkühlen, vorzugsweise auf eine Temperatur von unter 400ºC bis etwa Raumtemperatur. Bei einer bevorzugten Ausführungsform entwikkelt die keramische Verbundschichtzone in ihrer keramischen Matrix Mikrorisse, und zwar aufgrund von martensitischen Phasenumwandlungen von Schichtzonenbestandteilen, die in die wachsende Matrix verschleppt wurden, was dazu führt, daß die keramische Schichtzone leichter von dem keramischen Verbundkörper entfernt werden kann als dann, wenn das Zwischenprodukt in Form des keramischen Körpers nicht abgekühlt wurde. Die mikrorissige keramische Verbundschichtzone wird anschließend von dem keramischen Verbundkörper entfernt, beispielsweise mittels einer Erosionstechnik.
Die permeable Schichtzone kann irgendeines oder mehrere Materialien, Verbindungen oder dergleichen umfassen, die im Hinblick auf das Wachstum mit der Oxidationsreaktionsproduktmatrix kompatibel sind und nach der Infiltration durch das Oxidationsreaktionsprodukt eine mechanische Integrität aufweisen, die mechanisch schwächer oder weniger grundlegend ist als die mechanische Integrität des darunterliegenden Verbundkörpers, damit die permeable Schichtzone einschließlich des infiltrierten Oxidationsreaktionsprodukts leicht und bevorzugt von dem darunterliegenden Verbundkörper weggeschliffen oder auf andere Weise entfernt werden kann, ohne daß der letztere beeinträchtigt wird, beispielsweise durch Rißbildung, Grübchenbildung oder dergleichen. Die permeable Schichtzone kann auch irgendwelche Materialien, Verbindungen oder dergleichen enthalten, die beim Abkühlen im Anschluß an das Verfahren Mikrorisse aufgrund einer martensitischen Phasenumwandlung entwickeln, die darauf zurückzuführen ist, daß die Schichtzone unstabilisiert ist oder während des Wachstumsprozesses des Oxidationsreaktionsprodukts unstabilisiert wird. Die Zusammensetzung der Schichtzone hängt weitgehend von der Zusammensetzung der Vorform und der entwickelten keramischen Matrix ab, kann aber auch von dem Oxidationsmittel und den Verfahrensbedingungen abhängen. Die Materialien und Reaktionsbedingungen werden vorher so ausgewählt, daß der Verbundkörper aus der infiltrierten Schichtzone schwächer ist als der angrenzende Verbundkörper aus dem infiltrierten Füllstoff, und daß die Schichtzone leicht an der Grenzfläche abgetrennt werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der man Aluminium als Grundmetall und Luft als Oxidationsmittel zur Bildung einer Alpha-Aluminiumoxid- Matrix verwendet, weist die permeable Schichtzone eine unstabilisierte Verbindung auf, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zirconiumoxid, Hafniumoxid und Mischungen davon besteht. Genauer gesagt ist dann, wenn die permeable Schichtzone unstabilisiertes Zirconiumoxid umfaßt und der Füllstoff Aluminiumoxid umfaßt, die von dem Aluminiumoxid-Oxidationsreaktionsprodukt infiltrierte Schichtzone mechanisch schwächer als das angrenzende infiltrierte Bett und kann leicht von dem Bett an der Grenzfläche abgetrennt werden, und zwar durch Sandstrahlen, Polieren, Aufschlämmungs-Abtragung oder dergleichen.
Die permeable Schichtzone, die angrenzend an die definierte Oberflächengrenze der Vorform angeordnet ist, kann irgendeine geeignete Form oder Material sein, wie beispielsweise ein Überzug, ein Bett oder dergleichen aus Plättchen, Drähten, teilchenförmigen Stoffen, Pulvern, Bubbles und dergleichen sowie Kombinationen davon. Das Material kann mit irgendeinem geeigneten Bindemittel gebunden sein, um eine ausreichende Grünfestigkeit zu gewährleisten, z.B. Polyvinylalkohol oder dergleichen, wenn das Bindemittel die erfindungsgemäßen Reaktionen nicht stört. Größere teilchenförmige Stoffe mit einer Teilchengröße von beispielsweise 750 um (24 mesh) oder größer sind besonders nützlich, und zwar aufgrund ihrer Neigung, sehr schwache Verbundkörper zu bilden. Es können jedoch auch feinere Teilchengrößen verwendet werden, sowie Mischungen verschiedener Teilchengrößen. Die teilchenförmigen Materialien oder Verbindungen der permeablen Schichtzone können nach bekannten oder herkömmlichen Techniken auf die Oberfläche der Vorform aufgetragen oder aufgeformt werden, beispielsweise durch Bildung einer Aufschlämmung des teilchenförmigen Materials in einem organischen Bindemittel, Aufbringen der Aufschlämmung auf die Oberfläche und dann Aushärtenlassen des Teils, beispielsweise durch Trocknen bei erhöhten Temperaturen.
Das Endprodukt in Form des erhaltenen selbsttragenden keramischen Verbundkörpers ist bis zu seinen Grenzen von einer keramischen Matrix infiltriert oder eingebettet, die ein polykristallines Material aufweist, das im wesentlichen aus dem Oxidationsreaktionsprodukt des Grundmetalls mit dem Dampfphasenoxidationsmittel sowie gegebenenfalls einem oder mehreren metallischen Bestandteilen besteht, beispielsweise nicht-oxidierten Bestandteilen des Grundmetalls, der Dotierungsmittel oder metallischen Bestandteilen eines reduzierbaren Oxidationsmittels. Typischerweise fallen die Grenzen des Füllstoffbetts oder der Vorform aus dem Füllstoff mit denen der polykristallinen Matrix im wesentlichen zusammen; es können jedoch einzelne Bestandteile an den Oberflächen des Betts oder der Vorform freiliegen oder aus der Matrix vorspringen, weshalb die Infiltration und die Einbettung den Füllstoff nicht vollständig umgeben oder in der Matrix einkapseln muß. Es versteht sich ferner, daß die erhaltene polykristalline Matrix eine Porosität aufweisen kann, die als teilweiser oder nahezu vollständiger Ersatz der Metallphase vorhanden sein kann, wobei jedoch der prozentuale Volumenanteil der Hohlräume in hohem Ausmaße von Bedingungen wie der Temperatur, der Zeit, dem Typ des Grundmetalls und den Dampfphasenoxidationsmittel-Konzentrationen abhängt. Typischerweise sind bei diesen polykristallinen keramischen Strukturen die Kristallite des Oxidationsreaktionsprodukts in mehr als einer Dimension untereinander verbunden, vorzugsweise in drei Dimensionen, und die Metallphase oder Porenphase kann wenigstens teilweise untereinander verbunden sein. Das keramische Verbundprodukt der vorliegenden Erfindung weist im allgemeinen gut definierte Grenzen auf. Somit legt die permeable Schichtzone eine Grenze für den keramischen selbsttragenden Verbundkörper fest und unterstützt die Herstellung eines gut definierten keramischen Verbundkörpers von Nettoform oder nahezu Nettoform.
Der nach der Herstellungsweise der vorliegenden Erfindung erhaltene keramische Verbundkörper stellt üblicherweise ein kohärentes Produkt dar, bei dem zwischen etwa 5 und etwa 98 Vol.-% des gesamten Volumens des keramischen Verbundkörpers aus einem oder mehreren Füllstoffmaterialien besteht, die bis zu der definierten Oberflächengrenze der Vorform oder des Betts von einer polykristallinen Matrix eingebettet sind. Die polykristalline Matrix besteht üblicherweise dann, wenn das Grundmetall Aluminium ist, zu von 60 bis etwa 99 Vol.-% (des Volumens der polykristallinen Matrix) aus in sich verbundenem Alpha-Aluminiumoxid sowie 1 bis 40 Vol.-% (gleiche Basis) an nicht-oxidierten Bestandteilen des Grundmetalls.
Obwohl die vorliegende Erfindung nachfolgend mit spezieller Hervorhebung von Systemen beschrieben wird, bei denen als Grundmetall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet werden und Aluminiumoxid das angestrebte Oxidationsreaktionsprodukt darstellt, dient eine solche Bezugnahme ausschließlich zu veranschaulichenden Zwecken, und es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung unter Anwendung der vorliegenden Lehren an andere Systeme angepaßt werden kann, bei denen andere Metalle, wie Zinn, Silicium, Titan, Zirconium usw., als Grundmetall verwendet werden, und bei denen das angestrebte Oxidationsreaktionsprodukt das entsprechende Metalloxid, -nitrid, -borid, -carbid oder dergleichen ist. Außerdem wird die Erfindung nachfolgend unter besonderer Bezugnahme auf eine Vorform zur Bildung von Verbundkörpern beschrieben, es versteht sich jedoch, daß irgendein lockeres Füllstoffbett, Materialien oder dergleichen, die wenigstens eine definierte Oberflächengrenze aufweisen, ebenfalls für die Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendbar und von Nutzen sein können. Somit ist dann, wenn hierin von "Vorform" oder "permeabler Vorform" gesprochen wird, dieser Begriff so auszulegen, daß er irgendeine Masse eines Füllstoffs oder Füllstoffmaterials bedeutet, die für das Dampfphasenoxidationsmittel und den erfindungsgemäßen Wachstumsprozess des Oxidationsreaktionsprodukts durchlässig ist und wenigstens eine definierte Oberfläche aufweist.
Nunmehr bezugnehmend auf die Zeichnung zur weiteren Beschreibung der Erfindung anhand eines Beispiels, wird ein Grundmetall 10 in einem im wesentlichen inerten Füllstoff 12 so eingebettet, daß die obere Fläche des Metalls im wesentlichen mit dem Bett abschließt. Eine Vorform 14 mit einer vorgegebenen geformten Oberfläche, die allgemein mit 16 bezeichnet wird, wird auf der oberen Deckfläche des Grundmetalls angeordnet. Auf die Oberfläche 16 wird eine permeable Schichtzone aufgebracht, ohne daß die Geometrie dieser Oberfläche gestört oder beeinträchtigt wird. Diese Anordnung befindet sich in einem geeigneten Feuerfestbehälter oder Schiffchen 20. Es ist darauf hinzuweisen, daß die gesamte Gruppe so angeordnet wird, daß das Wachstum oder die Entwicklung des Oxidationsreaktionsprodukts in die Vorform 14 hinein und in einer Richtung auf die definierte Oberflächengrenze 16 zu erfolgt. Das Oxidationsreaktionsprodukt infiltriert oder verschluckt die Vorform 14 sowie wenigstens einen Teil der permeablen Schichtzone 18. Die Baugruppe wird in einem Ofen (nicht gezeigt) auf eine erhöhte Temperatur in Gegenwart eines Dampfphasenoxidationsmittels erhitzt, wie weiter oben beschrieben wurde, so daß das polykristalline keramische Wachstum die Vorform über die definierte Oberflächengrenze 16 hinaus und in wenigstens einen Teil der permeablen Schichtzone 18 hinein infiltriert, ohne daß die Vorform 14 nennenswert gestört oder verlagert wird, um ein Zwischenprodukt in Form eines keramischen Körpers herzustellen. Das Zwischenprodukt aus dem keramischen Körper weist eine keramische Schichtzone (die von dem polykristallinen keramischen Wachstum infiltrierte Schichtzone) auf, die einen keramischen Verbundkörper überlagert (d.h. die von dem polykristallinen keramischen Wachstum infiltrierte Vorform). Die keramische Schichtzone weist eine mechanische Integrität auf, die schwächer oder mechanisch weniger gründlich ist, als die mechanische Integrität des keramischen Verbundkörpers, und die keramische Schichtzone kann beispielsweise durch Sandstrahlen usw. von dem keramischen Verbundkörper entfernt werden, ohne daß die mechanische Integrität oder Struktur des letzteren beeinträchtigt wird. Typischerweise läßt man das Zwischenprodukt aus dem keramischen Körper abkühlen, beispielsweise durch Entfernung der Anordnung aus dem Ofen, bevor man die keramische Schichtzone von dem darunterliegenden keramischen Verbundkörper abtrennt. Beim Entfernen der keramischen Schichtzone entlang der definierten Oberflächengrenze 16 wird ein keramisches Produkt erhalten, das ein selbsttragender keramischer Verbundkörper ist, der eine definierte Oberfläche aufweist, die von der permeablen Schichtzone 18 festgelegt wurde.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Dampfphasenoxidationsmittel normalerweise gasförmig oder bei den Verfahrensbedingungen verdampft, um eine oxidierende Atmosphäre zu schaffen, beispielsweise atmosphärische Luft. Typische Dampfphasenoxidationsmittel schließen beispielsweise die folgenden Elemente oder Verbindungen davon oder Kombinationen von Elementen oder Verbindungen davon ein, einschließlich flüchtige und verdampfbare Elemente, Verbindungen oder Bestandteile von Verbindungen oder Mischungen: Sauerstoff, Stickstoff, ein Halogen, Schwefel, Phosphor, Arsen, Kohlenstoff, Bor, Selen, Tellur und Verbindungen und Kombinationen davon, beispielsweise Methan, Ethan, Propan, Acetylen, Ethylen, Propylen (der Kohlenwasserstoff als Kohlenstoffquelle), sowie Mischungen wie Luft, H&sub2;/H&sub2;O und CO/CO&sub2;, wobei die beiden letztgenannten (d.h. H&sub2;/H&sub2;O und CO/CO&sub2;) für die Verminderung des Sauerstoffs (einschließlich Luft) nützlich sind, wobei Luft aus offensichtlichen wirtschaftlichen Gründen normalerweise besonders bevorzugt ist. Wenn für ein Dampfphasenoxidationsmittel angegeben wird, daß es ein spezielles Gas oder einen speziellen Dampf enthält oder umfaßt, bedeutet das ein Dampfphasenoxidationsmittel, bei dem das angegebene Gas oder der Dampf das einzige, überwiegende oder wenigstens signifikante Oxidationsmittel für das Grundmetall unter den in der angewandten oxidierenden Umgebung erhaltenen Bedingungen ist. Obwohl beispielsweise der Hauptbestandteil von Luft Stickstoff ist, ist der Sauerstoffgehalt der Luft normalerweise das einzige Oxidationsmittel des Grundmetalls unter den Bedingungen, die man in der angewandten oxidierenden Umgebung erhält. Luft fällt daher unter die Definition eines "sauer-stoffhaltigen Gas"- Oxidationsmittels jedoch nicht unter die Definition eines "stickstoffhaltigen Gas"-Oxidationsmittels. Ein Beispiel für ein "stickstoffhaltiges Gas"-Oxidationsmit-tel, so wie dieser Begriff hierin und in den Ansprüche verwen-det wird, ist "Formiergas", das typischerweise etwa 96 Vol.-% Stickstoff und etwa 4 Vol.-% Wasserstoff enthält.
Das Oxidationsmittel kann auch ein festes Oxidationsmittel und/oder ein flüssiges Oxidationsmittel einschließen, das unter den Verfahrensbedingungen fest oder flüssig ist. Das feste Oxidationsmittel und/oder das flüssige Oxidationsmittel wird in Kombination mit dem Dampfphasenoxidationsmittel verwendet. Wenn ein festes Oxidationsmittel verwendet wird, wird dieses üblicherweise im gesamten Füllstoffbett oder der Vorform oder in einem Teil des Betts oder der Vorform, der an das Grundmetall angrenzt, dispergiert oder damit vermischt, und zwar in teilchenförmiger Form, oder möglicherweise auch als ein Überzug auf den Teilchen des Betts oder der Vorform. Es kann irgendein geeignetes festes Oxidationsmittel verwendet werden, das Elemente wie Bor oder Kohlenstoff oder reduzierbare Verbindungen, wie Oxide, Carbide oder Boride, einer niedrigeren thermodynamischen Stabilität als das Oxid- oder Boridreaktionsprodukt des Grundmetalls einschließt.
Wenn ein flüssiges Oxidationsmittel in Verbindung mit dem Dampfphasenoxidationsmittel verwendet wird, kann dieses durch das gesamte Füllstoffbett oder die Vorform oder einen an das Grundmetall angrenzenden Teil davon dispergiert werden, vorausgesetzt, daß ein derartiges flüssiges Oxidationsmittel den Zugang des Dampfphasenoxidationsmittels zu dem schmelzflüssigen Metall nicht blockiert. Eine Bezugnahme auf ein flüssiges Oxidationsmittel meint dabei ein solches, das unter den Reaktionsbedingungen eine Flüssigkeit darstellt, und ein derartiges flüssiges Oxidationsmittel kann einen festen Vorläufer, wie beispielsweise ein Salz, haben, das unter den Bedingungen der Oxidationsreaktion schmelzflüssig oder flüssig ist. Alternativ dazu kann das flüssige Oxidationsmittel ein flüssiger Vorläufer sein, z.B. eine Lösung eines Materials, das dazu verwendet wird, einen Teil oder die Gesamtheit der porösen Oberflächen des Füllstoffbetts oder der Vorform zu überziehen, und das unter den Verfahrensbedingungen schmilzt oder sich zersetzt, wobei eine geeignete Oxidationsmitteleinheit geschaffen wird. Beispiele für flüssige Oxidationsmittel im Sinne der vorliegenden Definition schließen niedrig schmelzende Gläser ein.
Die Vorform sollte ausreichend porös oder permeabel sein, um das Einbringen des Dampfphasenoxidationsmittels in die Vorform im Kontakt mit dem Grundmetall zu gestatten. Die Vorform sollte auch ausreichend permeabel sein, um das Wachstum des Oxidationsreaktionsprodukts innerhalb der Vorform zu erlauben, ohne daß die Konfiguration oder Geometrie der Vorform nennenswert gestört, in Unordnung gebracht oder auf andere Weise geändert wird. In dem Falle, daß die Vorform ein festes Oxidationsmittel und/oder ein flüssiges Oxidationsmittel einschließt, das das Dampfphasenoxidationsmittel begleiten kann, sollte die Vorform ausreichend porös oder permeabel sein, um das Wachstum des Oxidationsreaktionsprodukts zu gestatten und aufzunehmen, das auf das feste und/oder flüssige Oxidationsmittel zurückgeht. Es versteht sich dabei, daß dann, wenn hierin von einer "Vorform" oder "permeablen Vorform" gesprochen wird, damit eine permeable Vorform gemeint wird, die die genannten Eigenschaften einer Porosität und/oder Permeabilität aufweist, es sei denn, es wird etwas anderes angegeben.
Die permeablen Vorformen können in jeder vorgegebenen gewünschten Größe und Gestalt nach irgendwelchen herkömmlichen Verfahren erzeugt oder geformt werden, wie beispielsweise durch Schlickergießen, Spritzgießen, Transferformung, Vakuumformen oder auf andere Weise, indem man irgendwelche geeignete Materialien verarbeitet, die in näheren Einzelheiten an anderer Stelle identifiziert und beschrieben werden. Die permeable Vorform kann, wie vorher erwähnt wurde, ein festes und/oder ein flüssiges Oxidationsmittel einschließen, das in Verbindung mit einem Dampfphasenoxidationsmittel als Oxidationsmittel verwendet wird. Die permeable Vorform sollte mit wenigstens einer Oberflächengrenze hergestellt werden, und so, daß sie in einem erheblichen Maße ihre Form und Grünfestigkeit genau wie ihre Dimensionstreue bewahrt, nachdem sie von der keramischen Matrix infiltriert und eingebettet wurde. Die permeable Vorform sollte jedoch permeabel genug sein, um das Wachsen des polykristallinen Oxidationsreaktionsprodukts aufzunehmen. Die permeable Vorform sollte auch von dem Grundmetall benetzt werden können und eine solche Zusammensetzung aufweisen, daß das polykristalline Oxidationsreaktionsprodukt die Vorform binden und daran und innerhalb dieser haften kann, um ein keramisches Verbundprodukt einer hohen Integrität mit gut definierten Grenzen herzustellen.
Die Vorform kann irgendeine Größe und Form aufweisen, solange sie die Metalloberfläche des Grundmetalls erreicht oder an diese angrenzt oder sich mit ihr in einem ausgedehnten Oberflächenkontakt befindet und außerdem wenigstens eine Oberflächengrenze aufweist, auf die eine permeable Schichtzone aufgebracht ist, die ein Bestimmungsziel für die wachsende polykristalline Matrix definiert. Nur beispielsweise kann die Vorform ein Halbkugelform mit einer ebenen Oberflächengrenze aufweisen, die sich im Kontakt mit der Grundmetalloberfläche befindet, wobei die kuppelförmige Oberflächengrenze die definierte Oberflächengrenze darstellt, bis zu der das polykristalline Material wachsen soll; oder die Vorform kann würfelförmig sein, wobei eine quadratische Oberflächengrenze die Metalloberfläche des Grundmetalls berührt und die restlichen fünf quadratischen Oberflächengrenzen die Zielpunkte für die wachsende polykristalline Matrix darstellen. Eine Matrix des aus dem Oxidationsreaktionsprodukt erhaltenen polykristallinen Materials läßt man einfach in die permeable Vorform und in die Schichtzone einwachsen, so daß sie die Vorform bis zu ihrer definierten Oberflächengrenze infiltriert und einbettet und wenigstens teilweise die angrenzend angeordnete permeable Schichtzone infiltriert, ohne daß die permeable Vorform wesentlich gestört oder verlagert wird.
Die permeable Vorform der vorliegenden Erfindung kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, beispielsweise keramischen und/oder metallischen teilchenförmigen Stoffen, Pulvern, Fasern, Whiskers, Drähten, Teilchen, Hohlkörpern oder -kugeln, Drahtgewebe, festen Kugeln usw. sowie Kombinationen davon. Die Vorformmaterialien können sowohl eine lockere als auch gebundene Anordnung oder Struktur aufweisen, wobei diese Anordnung Zwischenräume, Öffnungen, zwischengeschaltete Räume oder dgl. aufweist, um die Vorform für das Oxidationsmittel und die Infiltration durch das schmelzflüssige Grundmetall permeabel zu machen und die Bildung des gewachsenen Oxidationsreaktionsprodukts zu gestatten, ohne daß die Konfiguration der Vorform geändert wird. Die Vorform kann ein Gitter aus Verstärkungsstäben, Stangen, Rohren, Röhrchen, Platten, Drähten, Kugeln und anderen teilchenförmigen Stoffen, Drahtgewebe, einem keramischen Feuerfestgewebe oder dergleichen oder eine Kombination von irgendwelchen der genannten Materialien einschließen, die vorher in irgendeiner gewünschten Gestalt angeordnet wurden. Außerdem können die Materialien der Vorform homogen oder heterogen sein. Die geeigneten Materialien der Vorform können, wie im Falle von keramischen Pulvern oder teilchenförmigen Stoffen, mit irgendeinem geeigneten Bindemittel gebunden sein, das die erfindungsgemäßen Reaktionen nicht stört oder irgendwelche unerwünschten restlichen Nebenprodukte innerhalb des keramischen Verbundprodukts zurückläßt. Geeignete teilchenförmige Stoffe, wie Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid, können eine Teilchengröße von etwa 3,5 mm bis 5 µm (10 bis 1000 grit) oder kleiner aufweisen, oder es kann eine Mischung von Teilchengrößen und - typen verwendet werden. Das teilchenförmige Material kann nach bekannten oder herkömmlichen Techniken geformt sein, beispielsweise durch Bildung einer Aufschlämmung des teilchenförmigen Materials in einem organischen Bindemittel, Eingießen der Aufschlämmung in eine Form und dann Abbindenlassen der Form beispielsweise durch Trocknen oder Härten bei einer erhöhten Temperatur.
Zur Erzeugung und Herstellung der Vorform oder des Füllstoffbetts kann irgendeines aus einer Anzahl von geeigneten Materialien verwendet werden. Derartige geeignete Materialien schließen diejenigen ein, die unter den Temperatur- und Oxidationsbedingungen des Verfahrens nicht flüchtig sind, thermodynamisch stabil sind und nicht mit dem schmelzflüssigen Grundmetall reagieren oder sich übermäßig darin auflösen. Gewisse nützliche Füllstoffmaterialien können mit einem Schutzüberzug versehen werden, um das Material stabil zu machen und unerwünschte Reaktionen zu verhindern. Wenn Aluminium das Grundmetall ist und Luft oder Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet werden, schließen derartige Materialien beispielsweise die Metalloxide, -boride, -nitride und -carbide von Aluminium, Cer, Hafnium, Lanthan, Praseodym, Samarium, Zirconium sowie metallische Verbindungen einer höheren Ordnung, wie Magnesiumaluminatspinell sowie überzogene Kohlenstoff-Fasern ein. Es kann erforderlich sein, daß bestimmte dieser Bestandteile mit einem Oxidations-Schutzüberzug überzogen werden, damit sie die oxidierenden Bedingungen des Verfahrens überleben. In einem solchen Falle muß der Überzug mit der Entwicklung der Matrix kompatibel sein.
Eine bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendete Vorform kann als eine einzelne Vorform oder als eine Anordnung von Vorformen verwendet werden, um komplexere Formen zu erzeugen. Es wurde festgestellt, daß das polykristalline Matrixmaterial durch benachbarte, sich berührende Abschnitte einer Anordnung von Vorformen wachsen kann, so daß aneinander angrenzende Vorformen in einen vereinigten oder einstückigen keramischen Verbundkörper eingebunden werden können. Die Anordnung aus Vorformen, die mit einer permeable Schichtzone an der oder den Oberflächen versehen ist, wird so angeordnet, daß eine Richtung des Wachstums des Oxidationsreaktionsprodukts auf die Anordnung der Vorformen zu und in diese hinein erfolgt, um die Anordnung zu infiltrieren und einzubetten, sowie außerdem die permeable Schichtzone, wodurch die Vorformen aneinander gebunden werden. Auf diese Weise können komplexe und geformte keramische Verbundkörper in Form eines einheitlichen Körpers erzeugt werden, der nach herkömmlichen Herstellungstechniken auf andere Weise nicht erzeugt werden kann. Es versteht sich dabei, daß dann, wenn hier von einer "Vorform" die Rede ist, damit eine Vorform oder eine Anordnung von Vorformen gemeint ist (es sein denn, es ist etwas anderes angegeben), die letztendlich in einen einheitlichen Verbundkörper eingebunden werden.
Als eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung sowie entsprechend den Erläuterungen in den Patentanmeldungen des gleichen Anmelders, kann die Zugabe von Dotierungsmaterialien in Verbindung mit dem Grundmetall den Oxidationsreaktionsprozess vorteilhaft beeinflussen und fördern. Die Funktion oder die Funktionen der Dotierungsmittel hängen von einer Vielzahl von Faktoren außer dem Dotierungsmittelmaterial selbst ab. Diese Faktoren schließen beispielsweise das spezielle Grundmetall, das gewünschte Endprodukt, die spezielle Kombination von Dotierungsmitteln, wenn zwei oder mehr Dotierungsmittel verwendet werden, die Verwendung eines extern aufgebrachten Dotierungsmittels in Kombination mit einem zulegierten Dotierungsmittel, die Konzentration des Dotierungsmittels, die oxidierende Umgebung und die Verfahrensbedingungen ein.
Das oder die Dotierungsmittel, die zusammen mit dem Grundmetall verwendet werden, können (1) als Legierungsbestandteile des Grundmetalls bereitgestellt werden, (2) auf wenigstens ein Teil des Grundmetalls aufgebracht werden oder (3) auf das Füllstoffbett oder die Vorform oder einen Teil davon aufgebracht werden, z.B. auf die Stützzone der Vorform, oder es kann irgendeine Kombination von zwei oder mehr der Techniken (1), (2) und (3) zur Anwendung kommen. Beispielsweise kann ein zulegiertes Dotierungsmittel in Kombination mit einem extern aufgebrachten Dotierungsmittel verwendet werden. Im Falle der Technik (3), wenn eines oder mehrere Dotierungsmittel auf das Füllstoffbett oder die Vorform aufgebracht werden, kann das Aufbringen auf irgendeine geeignete Weise erfolgen, beispielsweise durch Dispergieren der Dotierungsmittel in einem Teil der gesamten Masse der Vorform in Form von Überzügen oder in teilchenförmiger Form, wobei vorzugsweise wenigstens ein Teil der Vorform, der an das Grundmetall angrenzt, erfaßt wird. Das Aufbringen von irgendwelchen der Dotierungsmittel auf den Füllstoff kann auch dadurch erfolgen, daß man eine Schicht aus einem oder mehreren Dotierungsmaterialien auf die Vorform und in diese aufbringt, einschließlich ihrer internen Öffnungen, Zwischenräume, Durchgänge, zwischengeschalteten Räume oder dergleichen, die sie durchlässig machen. Eine bequeme Weise zum Aufbringen irgendeines Dotierungsmaterials besteht darin, einfach den zu verwendenden Füllstoff mit einer flüssigen Quelle zu tränken (z.B. einer Lösung des Dotierungsmittelmaterials).
Eine Quelle für das Dotierungsmittel kann auch dadurch bereitgestellt werden, daß man einen starren Körper des Dotierungsmittels im Kontakt mit und zwischen wenigstens einem Teil der Grundmetalloberfläche und der Vorform anordnet. Beispielsweise kann ein dünnes Blatt eines siliciumoxidhaltigen Glases (das für die Oxidation eines Aluminium-Grundmetalls als Dotierungsmittel nützlich ist) auf einer Oberfläche des Grundmetalls angeordnet werden. Wenn das Aluminium-Grundmetall (das intern mit Magnesium dotiert sein kann), das von dem siliciumhaltigen Glas überlagert ist, in einer oxidierenden Umgebung geschmolzen wird (z.B. im Falle von Aluminium in Luft zwischen etwa 850ºC bis etwa 1450ºc, vorzugsweise zwischen etwa 900ºC und etwa 1350ºC), erfolgt das Wachstum des polykristallinen keramischen Matrixmaterials in die permeable Vorform. Wenn das Dotierungsmittel extern auf wenigstens einen Teil der Oberfläche des Grundmetalls aufgetragen wird, wächst die polykristalline Oxidstruktur im allgemeinen innerhalb der permeablen Vorform wesentlich über die Dotierungsschicht hinaus (d.h. über die Dicke der aufgebrachten Dotierungsmittelschicht hinaus). Auf jeden Fall können eines oder mehrere Dotierungsmittel extern auf die Grundmetalloberfläche und/oder die permeable Vorform aufgebracht werden. Zusätzlich können Dotierungsmittel, die dem Grundmetall zulegiert sind und/oder extern auf das Grundmetall aufgebracht sind, durch eines oder mehrere Dotierungsmittel verstärkt werden, die auf die erwähnten Formen aufgebracht wurden. Somit können irgendwelche Konzentrationsmängel der dem Grundmetall zulegierten Dotierungsmittel und/oder der extern auf das Grundmetall aufgebrachten Dotierungsmittel dadurch ausgeglichen werden, daß man eine zusätzliche Konzentration des oder der entsprechenden Dotierungsmittel(s) auf die Vorform aufbringt und umgekehrt.
Nützliche Dotierungsmittel für ein Aluminium-Grundmetall, insbesondere bei Verwendung von Luft als Oxidationsmittel, schließen beispielsweise Magnesiummetall und Zinkmetall ein, und zwar in Kombination miteinander oder in Kombination mit anderen Dotierungsmitteln, wie weiter unten beschrieben wird. Diese Metalle, oder eine geeignete Quelle dieser Metalle, können dem Grundmetall auf Aluminiumbasis in Konzentrationen von jeweils zwischen etwa 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des erhaltenen dotierten Materials zulegiert werden. Es scheint, daß Konzentrationen innerhalb dieses Bereichs das keramische Wachstum auslösen, den Metalltransport verstärken und vorteilhaft die Wachstumsmorphologie des erhaltenen Oxidationsreaktionsprodukts beeinflussen. Die Konzentration für irgendeines der Dotierungsmittel hängt von Faktoren wie der Kombination der Dotierungsmittel und der Verfahrenstemperatur ab.
In Abhängigkeit von den Umständen können, wie oben erwähnt, eines oder mehrere Dotierungsmittel verwendet werden. Beispielsweise schließen im Falle eines Aluminium-Grundmetalls mit Luft als Oxidationsmittel besonders nützliche Kombinationen von Dotierungsmitteln ein (a) Magnesium und Silicium oder (b) Magnesium, Zink und Silicium. In der derartigen Beispielen liegt eine bevorzugte Magnesiumkonzentration im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 3 Gew.-%, die Konzentration für Zink im Bereich von etwa 1 bis etwa 6 Gew.-%, und für Silicium im Bereich von etwa 1 bis etwa 10 Gew.-%.
Zusätzliche Beispiele für Dotierungsmaterialien, die in Verbindung mit einem Aluminium-Grundmetall von Nutzen sind, schließen Natrium, Lithium, Calcium, Bor, Phosphor und Yttrium ein, die einzeln oder in Kombination miteinander oder anderen Dotierungsmitteln verwendet werden können, und zwar in Abhängigkeit von dem Oxidationsmittel und den Verfahrensbedingungen. Natrium und Lithium können in sehr geringen Mengen im ppm-Bereich verwendet werden, typischerweise im Bereich von etwa 100 bis 200 ppm, und jedes davon kann allein oder zusammen verwendet werden oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen Dotierungsmittel(n). Seltenerdelemente, wie Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym und Samarium, sind ebenfalls nützliche Dotierungsmittel, und hierbei wiederum speziell dann, wenn sie in Kombination mit anderen Dotierungsmitteln verwendet werden.
Wie oben angegeben, ist es nicht erforderlich, irgendein Dotierungsmaterial in das Grundmetall einzulegieren. Indem man beispielsweise selektiv eines oder mehrere Dotierungsmaterialien in Form einer dünnen Schicht auf die gesamte Oberfläche des Grundmetalls oder einen Teil davon aufbringt, kann man ein lokales keramisches Wachstum aus dem Grundmetall oder Teilen davon ermöglichen, und es wird ein Wachstum des polykristallinen keramischen Materials in die permeable Vorform in ausgewählten Flächenbereichen ermöglicht. Auf diese Weise kann das Wachstum des polykristallinen keramischen Matrixmaterials in die permeable Vorform durch die lokalisierte Anordnung des Dotierungsmaterials auf der Oberfläche des Grundmetalls gesteuert werden. Der aufgebrachte Überzug oder die Schicht des Dotierungsmittels ist relativ zur Dicke des Grundmetallkörpers dünn, und das Wachstum oder die Bildung des Oxidationsreaktionsprodukts in die permeable Vorform erstreckt sich erheblich über die Dotierungsmittelschicht hinaus. Eine derartige Schicht des Dotierungsmaterials kann durch Aufstreichen, Eintauchen, Siebdruck, Aufdampfen oder durch Aufbringen des Dotierungsmaterials in flüssiger oder Pastenform auf andere Weise aufgebracht werden, oder durch Katodenzerstäubung oder einfach dadurch, daß man eine Schicht eines festen teilchenförmigen Dotierungsmaterials oder ein festes dünnes Blatt oder eine Folie des Dotierungsmaterials auf die Oberfläche des Grundmetalls aufbringt. Das Dotierungsmaterial kann, muß jedoch nicht, sowohl organische als auch anorganische Bindemittel, Träger, Lösungsmittel und/oder Verdicker enthalten. Besonders bevorzugt werden die Dotierungsmaterialien als Pulver auf die Oberfläche des Grundmetalls aufgebracht oder in wenigstens einem Teil des Füllstoffs dispergiert. Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Aufbringen der Dotierungsmittel auf die Grundmetalloberfläche liegt darin, eine flüssige Suspension der Dotierungsmittel in einer Mischung aus Wasser/organischem Bindemittel zu verwenden, die man auf eine Grundmetalloberfläche aufsprüht, um einen haftenden Überzug zu erhalten, der die Handhabung des dotierten Grundmetalls bei der Verarbeitung erleichtert.
Die Dotierungsmaterialien werden dann, wenn man sie extern verwendet, auf einen Teil der Oberfläche des Grundmetalls als gleichförmiger Überzug aufgetragen. Die Menge des Dotierungsmittels ist innerhalb eines weiten Bereichs relativ zur Menge des Grundmetalls, auf das sie aufgebracht wurden, wirksam, und im Falle von Aluminium gelang es nicht, in Versuchen entweder obere oder untere Grenzen für die Anwendung zu finden. Wenn man beispielsweise Silicium in der Form eines extern aufgebrachten Siliciumdioxids als Dotierungsmittel für ein Aluminium-Magnesium-Grundmetall unter Verwendung von Luft oder Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet, reichen so geringe Mengen wie 0,00003 g Silicium pro g Grundmetall oder etwa 0,0001 g Silicium pro cm² der freiliegenden Grundmetallfläche zusammen mit einem zweiten Dotierungsmittel, das eine Quelle von Magnesium und/oder Zink bildet, aus, um das Phänomen des polykristallinen keramischen Wachstums zu bewirken. Es wurde auch festgestellt, daß man eine keramische Struktur aus einem Grundmetall auf Aluminiumbasis unter Verwendung von Luft oder Sauerstoff als Oxidationsmittel erhalten kann, wenn man MgO als Dotierungsmittel in einer Menge von mehr als etwa 0,0008 g Mg pro g zu oxidierendes Grundmetall und mehr als etwa 0,003 g Magnesium pro cm² der Grundmetalloberfläche, auf die das MgO aufgebracht wird, verwendet. Es scheint, daß bis zu einem gewissen Grad eine Steigerung der Menge der Dotierungsmaterialien die Reaktionszeit vermindert, die erforderlich ist, um den keramischen Verbundkörper herzustellen, wobei das allerdings von Faktoren wie dem Typ des Dotierungsmittels, dem Grundmetall und den Reaktionsbedingungen abhängt.
Wenn das Grundmetall ein intern mit Magnesium dotiertes Aluminium ist und das Oxidationsmedium Luft oder Sauerstoff ist, wurde beobachtet, daß das Magnesium bei Temperaturen von 820ºC bis 950ºC wenigstens teilweise aus der Legierung heraus oxidiert wird. In solchen Fällen von magnesiumdotierten Systemen bildet das Magnesium eine Magnesiumoxid- und/oder Magnesiumaluminatspinell-Phase an der Oberfläche der schmelzflüssigen Aluminiumlegierung, und während des Wachstumsverfahrens bleiben derartige Magnesiumverbindungen primär in der einleitenden Oxidoberfläche der Grundmetall-Legierung (d.h. der "Initiierungsoberfläche") der wachsenden keramischen Struktur. Somit wird bei derartigen magnesiumdotierten Systemen abgesehen von der relativ dünnen Schicht aus Magnesiumaluminatspinell an der Initiierungsoberfläche eine Struktur auf Aluminium-Oxidbasis hergestellt. Gewünschtenfalls kann diese Initiierungsoberfläche einfach entfernt werden, beispielsweise durch Schleifen, Abtragen, Polieren oder Sandstrahlen.
Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel weiter erläutert:

Beispiel

Ein 2,54 cm (1 inch) dicker 2,22 cm (7/8 inch) breiter x 20,32 cm (8 inch) langer Gußblock aus einer Aluminiumlegierung, die 5 % Silicium, 3 % Magnesium, 91,7 % Aluminium, Rest Verunreinigungen, jeweils in Gew.-%, enthielt, wird horizontal auf einer Schicht aus einem relativ inerten Material aus 38 Alundum, einer Größe von 149 µm (100 mesh) (von Norton Company) angeordnet, die sich in einem Tiegel befand. Der Gußblock wird anschließend mit einer Vorform bedeckt, die eine definierte Oberflächengrenze aufweist. Die Vorform kann durch herkömmliches Schlickergießen hergestellt werden und ist aus einer Aufschlämmung hergestellt, die aus 47,6 % Aluminiumoxidteilchen (E67 Alundum, von Norton Co., 12 µm, (1000 mesh) Teilchengröße), 23,7 % Kaolinton (EPK, Georgia Kaolin, 98 % weniger als 20 µm Teilchengröße) und 28,5 % Wasser bestand, die gleichmäßig gemischt wurde und in eine Form aus gebranntem Gips gegossen wurde, die die gewünschte Oberfläche der Vorform aufwies. Die Tiegelvorform wird etwa 20 Minuten gegossen, bei 90ºC getrocknet und dann bei 700ºC 30 Minuten an der Luft vorgebrannt. Die Vorform wird mit Zirconiumoxid bedeckt, beispielsweise einer Teilchengröße von 740 µm (24 mesh), und zwar über ihre definierte Oberflächengrenze in einer Dicke von etwa 7,62 cm (3 inches). Diese Anordnung wird in einen Ofen gegeben (der belüftet war, um den Durchstrom von Luft zu gestatten), der sich auf 1000ºC befand, und wird dort 96 Stunden gehalten, um einen keramischen Verbundkörper herzustellen, der von einer Zirconiumoxid-Schichtzone überlagert ist, die von dem Oxidationsreaktionsprodukt infiltriert ist. Die Zirconium-Oxidschicht weist eine mechanische Integrität auf, die schwächer ist als eine mechanische Integrität des keramischen Verbundkörpers. Nach dem Kühlen wird die Zirconium-Schichtzone durch Sandstrahlen entfernt, um einen selbsttragenden keramischen Verbundkörper herzustellen, der die definierte Oberflächengrenze aufweist, die von der Zirconium-Schichtzone festgelegt wurde.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundkörpers, der eine Masse eines Füllstoffmaterials, die von einer Keramikmatrix infiltriert ist, umfaßt, die durch die Oxidation eines Grundmetalls unter Bildung einer polykristallinen Matrix erhalten wurde, die im wesentlichen besteht aus (i) dem Oxidationsreaktionsprodukt des Grundmetalls mit einem oder mehreren Oxidationsmitteln, die ein Dampfphasenoxidationsmittel einschließen, sowie, gegebenenfalls, (ii) einem oder mehreren metallischen Bestandteilen, wobei das Verfahren umfaßt:

(A) Erhitzen eines Grundmetalls auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunkts jedoch unterhalb des Schmelzpunkts des Oxidationsreaktionsprodukts, um einen Körper aus schmelzflüssigem Metall zu bilden;

(B) Anordnen des Körpers aus Grundmetall im Flächenkontakt mit einer permeablen Masse eines Füllstoffmaterials, das wenigstens eine Oberfläche aufweist, die eine Schichtzone trägt, die (a) im wesentlichen an die Geometrie der genannten Oberfläche angepaßt ist, (b) für das Dampfphasenoxidationsmittel durchlässig ist und (c) für eine Infiltration durch das Wachstum des Oxidationsreaktionsprodukts permeabel ist, wobei die genannte Schichtzone wenigstens teilweise in einem Abstand von dem genannten Kontaktbereich angeordnet ist, so dar die Bildung des genannten Oxidationsreaktionsprodukts in die genannte Masse des Füllstoffmaterials und in eine Richtung auf die genannte Schichtzone zu und wenigstens teilweise in diese hinein erfolgt; und bei der genannten Temperatur

(i) Umsetzen des genannten schmelzflüssigen Metalls mit dem genannten Oxidationsmittel, um ein Oxidationsreaktionsprodukt zu bilden,

(ii) Halten wenigstens eines Teils des genannten Oxidationsreaktionsprodukts in Kontakt mit und zwischen dem genannten schmelzflüssigen Metall und dem Oxidationsmittel, um fortschreitend schmelzflüssiges Metall durch das Oxidationsreaktionsprodukt in Richtung des Oxidationsmittels zu transportieren, so daß sich das Oxidationsreaktionsprodukt fortgesetzt an der Grenzfläche zwischen dem genannten Oxidationsmittel und vorher gebildetem Oxidationsreaktionsprodukt, das die genannte Masse aus Füllstoffmaterial infiltriert hat, bildet, um einen keramischen Verbundkörper herzustellen,

(iii) Fortsetzen der genannten Umsetzung, um wenigstens einen Teil der genannten Schichtzone mit dem genannten Oxidationsreaktionsprodukt zu infiltrieren, um eine keramische Schichtzone auszubilden, die den genannten keramischen Verbundkörper überlagert und

(C) Entfernen der genannten keramischen Schichtzone von wenigstens einem Teil der genannten Oberfläche, um einen selbsttragenden keramischen Verbundkörper herzustellen, dessen Oberfläche durch die genannte Schichtzone festgelegt ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundkörpers einer gewünschten Form, der eine Vorform aufweist, die von einer Keramikmatrix infiltriert ist, die durch Oxidation eines Grundmetalls unter Bildung einer polykristallinen Matrix erhalten wurde, die im wesentlichen besteht aus (1) dem Oxidationsreaktionsprodukt des genannten Grundmetalls mit einem oder mehreren Oxidationsmitteln, einschließlich eines Dampfphasenoxidationsmittels, und, gegebenenfalls (2) einem oder mehreren metallischen Bestandteilen, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

(B) Bereitstellen einer geformten Vorform mit wenigstens einer Oberfläche, die eine Schichtzone trägt, die (a) im wesentlichen an die Geometrie der genannten Oberfläche formangepaßt ist, (b) für das genannte Dampfphasenoxidationsmittel permeabel ist und (c) permeabel für eine Infiltration durch das Wachstum des Oxidationsreaktionsprodukts ist, wobei die genannte Vorform ebenfalls permeabel für die Infiltration durch das genannte Oxidationsreaktionsprodukt ist;

(C) Orientieren der genannten Vorform bezüglich des genannten Körpers aus schmelzflüssigem Metall so, daß die Bildung des genannten Oxidationsreaktionsprodukts in die genannte Vorform hinein und in eine Richtung auf die genannte Oberfläche zu und wenigstens teilweise in die genannte Schichtzone hinein erfolgt; und bei der genannten Temperatur

(i) Umsetzen des genannten schmelzflüssigen Metalls mit dem genannten Oxidationsmittel, um das genannte Oxidationsreaktionsprodukt zu bilden;

(ii) Halten wenigstens eines Teils des genannten Oxidationsreaktionsprodukts im Kontakt mit und zwischen dem genannten schmelzflüssigen Metall und dem genannten Oxidationsmittel, um fortschreitend schmelzflüssiges Metall durch das genannte Oxidationsreaktionsprodukt auf das Oxidationsmittel zu zu transportieren, so daß sich fortgesetzt Oxidationsreaktionsprodukt an der Grenzfläche zwischen dem genannten Oxidationsmittel und vorher gebildetem Oxidationsreaktionsprodukt, das die genannte Vorform infiltriert hat, bildet;

(iii) Fortsetzen der genannten Umsetzung zur Infiltrierung wenigstens eines Teils der genannten Schichtzone mit dem genannten Oxidationsreaktionsprodukt, um eine keramische Schichtzone herzustellen, die wenigstens einen Teil der infiltrierten Vorform überlagert, wobei die genannte keramische Schichtzone einen mechanischen Zusammenhalt aufweist, der schwächer ist als der mechanische Zusammenhalt der infiltrierten Vorform; und

(D) Entfernen von der genannten Oberfläche die genannte keramische Schichtzone, um einen selbsttragenden keramischen Verbundkörper herzustellen, der die Konfiguration der genannten Vorform aufweist und dessen Oberfläche von der genannten Schichtzone festgelegt ist.

3. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden Verbundkörpers einer gewünschten Form, der eine Vorform aufweist, die von einer Keramikmatrix infiltriert ist, die durch Oxidation eines Aluminium-Grundmetalls unter Ausbildung einer polykristallinen Matrix erhalten wurde, die im wesentlichen besteht aus (1) einem Aluminiumoxid-Oxidationsreaktionsprodukt des genannten Aluminium-Grundmetalls mit einem Oxidationsmittel, das ein sauerstoffhaltiges Dampfphasenoxidationsmittel einschließt, sowie, gegebenenfalls, (2) einem oder mehreren metallischen Bestandteilen, wobei das genannte Verfahren die Schritte umfaßt:

(A) Erhitzen eines Aluminium-Grundmetalls auf eine Temperatur von etwa 850ºC bis 1450ºC, um einen Körper aus schmelzflüssigem Metall zu bilden;

(B) Bereitstellen einer geformten Vorform mit wenigstens einer Oberfläche, die eine Schichtzone aufweist, die (a) im wesentlichen an die Geometrie der genannten Oberfläche formangepaßt ist, (b) für das genannte Dampfphasenoxidationsmittel permeabel ist und (c) für die Infiltration durch das Wachstum des Oxidationsreaktionsprodukts permeabel ist, wobei die genannte Vorform ebenfalls für die Infiltration durch ein Aluminiumoxid-Oxidationsreaktionsprodukt des genannten Aluminium-Grundmetalls mit einem Oxidationsmittel permeabel ist, das ein sauerstoffhaltiges Dampfphasenoxidationsmittel einschließt;

(C) Orientieren der genannten Vorform bezüglich des genannten Körpers aus schmelzflüssigem Metall so, daß die Bildung des genannten Aluminiumoxid-Oxidationsreaktionsprodukts in die genannte Vorform hinein und in einer Richtung auf die genannte Oberfläche zu und wenigstens teilweise in die genannte Schichtzone hinein erfolgt; und bei der genannten Temperatur

(i) Umsetzen des genannten schmelzflüssigen Metalls mit dem genannten Oxidationsmittel, um das genannte Aluminiumoxid- Oxidationsreaktionsprodukt zu bilden;

(ii) Halten wenigstens eines Teils des genannten Aluminiumoxid-Oxidationsreaktionsprodukts im Kontakt mit und zwischen dem genannten schmelzflüssigen Metall und dem genannten Oxidationsmittel, um fortschreitend schmelzflüssiges Metall durch das genannte Aluminiumoxid-Oxidationsreaktionsprodukt auf das Oxidationsmittel zu zu transportieren, so daß Aluminiumoxid-Oxidationsreaktionsprodukt fortgesetzt an der Grenzfläche zwischen dem genannten Oxidationsmittel und vorher gebildetem Aluminiumoxid-Oxidationsreaktionsprodukt gebildet wird, das die genannte Vorform infiltriert hat;

(iii) Fortsetzen der genannten Umsetzung zur Infiltration wenigstens eines Teils der genannten Schichtzone mit dem genannten Oxidationsreaktionsprodukt, um eine keramische Schichtzone herzustellen, die wenigstens einen Teil der infiltrierten Vorform überlagert, wobei die genannte keramische Schichtzone einen mechanischen Zusammenhalt aufweist, der schwächer ist als der mechanische Zusammenhalt der infiltrierten Vorform; und

(D) Entfernen der genannten keramischen Schichtzone von der genannten Oberfläche, um einen selbsttragenden keramischen Verbundkörper herzustellen, der die Konfiguration der genannten Vorform aufweist und dessen Oberfläche durch die genannte Schichtzone festgelegt ist.

4. Verfahren nach den Ansprüche 1 oder 2, bei dem das genannte Füllstoffmaterial Aluminiumoxid oder Siliciumcarbid umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem die genannte Schichtzone wenigstens ein Material umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zirconiumoxid und Hafniumoxid sowie Mischungen davon besteht.

6. Verfahren nach den Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem das genannte Grundmetall wenigstens ein Metall umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Silicium, Titan, Zinn, Zirconium und Hafnium besteht.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem das genannte Oxidationsmittel wenigstens ein festes Oxidationsmittel oder ein flüssiges Oxidationsmittel oder eine Kombination aus einem festen Oxidationsmittel und einem flüssigen Oxidationsmittel einschließt, die in das genannte Füllstoffmaterial oder die genannte Vorform eingearbeitet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das feste Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumoxid, Kohlenstoff, reduzierbaren Carbiden, Bor und reduzierbaren Boriden besteht.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem das genannte Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem sauerstoffhaltigen Gas, einem stickstoffhaltigen Gas, einem Halogen, Schwefel, Phosphor, Arsen, Kohlenstoff, Bor, Selen, Tellur, einer H&sub2;/H&sub2;O-Mischung, Methan, Ethan, Propan, Acetylen, Ethylen, Propylen, Siliciumoxid und einer CO/CO &sub2;-Mischung oder Mischungen davon besteht.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem das genannte Füllstoffmaterial oder die genannte Vorform wenigstens ein Material umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem oder mehreren Oxiden, Boriden, Nitriden oder Carbiden eines Metalls besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Aluminium, Cer, Hafnium, Lanthan, Neodym, Praseodym, Samarium, Scandium, Thorium, Uran, Yttrium und Zirconium besteht.

11. Verfahren nach den Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem das genannte Füllstoffmaterial oder die genannte Vorform wenigstens ein Material umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem oder mehreren von Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Silicium-Aluminium-Oxinitrid, Zirconiumoxid, Bariumtitanat, Bornitrid, Siliciumnitrid, Magnesiumaluminat, Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung und Aluminium und Mischungen davon besteht.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, das eine Dotierungsmittelquelle einschließt, die in Verbindung mit dem genannten Grundmetall verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die genannte Dotierungsmittelquelle eine Quelle von zwei oder mehr Elementen umfaßt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Magnesium, Zink, Silicium, Germanium, Zinn, Blei, Bor, Natrium, Lithium, Calcium, Phosphor, Yttrium und einem Seltenerdmetall besteht.

14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das genannte Grundmetall Aluminium umfaßt und wenigstens eine Dotierungsmittelquelle einschließt, die dem Grundmetall zulegiert ist, sowie wenigstens eine Dotierungsmittelquelle, die auf die Oberfläche des Grundmetalls aufgebracht ist.

15. Verfahren nach den Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, das zusätzlich das Abkühlen der genannten keramischen Schichtzone, die den keramischen Verbundkörper überlagert, vor der Stufe ihrer Entfernung umfaßt.