PT84843B

PT84843B - Processo para a fabricacao de corpos compositos de ceramica moldados com o emprego de uma barreira

Info

Publication number: PT84843B
Application number: PT84843A
Authority: PT
Inventors: Robert Campbell Kantner; Marc Stevens Newkirk
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1986-05-08
Filing date: 1987-05-08
Publication date: 1990-02-08
Also published as: EP0245193B1; IL82463A0; BG50155A3; ATE74339T1; PH26793A; YU81387A; NO175676B; ZA872585B; NO175676C; DK233287D0; BR8702282A; CS275463B2; GR3005073T3; EP0245193A3; TR23773A; DK166963B1; ES2000419A4; PT84843A; NZ220182A; JP2518847B2

Description

A presente invenção refere-se em geral aos processos para a produção de corpos de cerâmica auto-suportados. Mais particularmente, a presente invenção refere-se aos processos para produção de corpos de cerâmica moldados auto-suportados, incluindo corpos compósitos de cerâmica moldados, desenvolvidos pela reacção de oxidação de um metal precursor até um dispositivo de barreira, para estabelecer uma superfície, uma periferia, um limite ou similar a fim de produzir for mas nítidas.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

Nos últimos anos tem havido um interesse crescente pelo emprego da cerâmica para aplicações estruturais historicamente servidas por metais. 0 impulso para este interesse foi a superioridade da cerâmica em relação a certas propriedades, tais como a resistência à corrosão, a dureza, o fnódulo de elasticidade e as propriedades refractárias, quando com paradas às dos metais, juntamente com o facto de os limites de engenharia de eficácia de muitos componentes e sistemas moder nos serem agora eliminados por estas propriedades nos materiais convencionalmente empregados. Exemplos de áreas para tal empre go prospectivo incluem os componentes de motor, permutadores de calor, ferramentas de corte, chumaceiras e superfícies de desgaste, bombas e equipamentos marítimos.

Os esforços actuais na produção de produtos de cerâmica mais resistentes, mais fiáveis e mais rijos concentram-se largamente (1) no desenvolvimento de métodos de processamento aperfeiçoados para obter cerâmica monolítica e (2) no desenvolvimento de produtos compósitos de matriz cerâmica. Uma estrutura compósita é uma estrutura que compreende um material, corpo ou produto heterogéneos feito de dois ou mais materiais diferentes, que são combinados intimamente, a fim de obter as propriedades desejadas do produto compósito. Por exemplo, dois materiais diferentes podem ser intimamente combinados embebendo um deles numa matriz do outro. Uma estru tura compósita de matriz cerâmica compreende tipicamente uma matriz cerâmica que incorpora um ou mais tipos diferentes de material de enchimento ou materiais de um pré-molde, tais como partículas, fibras, barras e similares.

Existem várias limitações ou dificuldades conhecidas na substituição dos metais pela cerâmica, tais como a versatilidade de redução de escala, a capacidade de produzir formas complexas, a satisfação das propriedades requeridas para a aplicação final, e os custos, Vários pedidos de patente também pendentes concedidos ao mesmo proprietário do presente pedido de patente ultrapassam estas limitações ou dificuldades e proporcionam novos processos para a produção de materiais de cerâmica, de maneira fiável, incluindo estruturas compósitas. Assim, o pedido de patente norte-americano de propriedade comum, também pendente, número 818.9^3 depositado em 15 de Janei.

- 3 ro de 1986, que é uma adição do pedido número 776.964, depositado em 17 de Setembro de 1985, que é uma adição do pedido número 7θ5.787, depositado em 26 de Fevereiro de 1985, que é uma adição do pedido número 591.392, depositado em 16 de Março de 1984, todos em nome de Marc S. Newkirk e outros e intitulados NOVOS MATERIAIS CERÂMICOS E PROCESSOS PARA FABRICAÇÃO DOS MESMOS, revelam genericamente o processo de produção de corpos cerâmicos auto-suportados desenvolvidos sob a forma de produto de reacção de oxidação a partir de um precursor de metal original. 0 metal fundido reage com um oxidante em fase de vapor, para formar um produto de reacção de oxidação, e o metal migra atra vés do produto de oxidação no sentido do oxidante e oxida-se mais, desenvolvendo desse modo continuamente um corpo cerâmico policristalino. 0 processo pode ser reforçado pelo emprego de um contaminante ligado, tal como se usa no caso da oxidação de alumínio no ar para formar estruturas cerâmicas de alfa-alumina. Este processo foi aperfeiçoado pela aplicação de materiais contaminantes à superfície do metal precursor, como se revela no pedido de patente norte-americano de propriedade comum número 822.999, depositado em 27 de Janeiro de 1986, que é uma adição do pedido de patente número 776.965, depositado em 17 de Setembro de 1965, que é uma adição do pedido número 747.788, depositado em 25 de Junho de 1985, que é uma adição do pedido número 632.636, depositado em 20 de Julho de 1984, intitulado PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS AUTO-SUPORTADOS, todos em nome de Marc. S. Newkirk e outros.

Este fenómeno de oxidação foi utilizado na produção de corpos cerâmicos compósitos, como se descreve no pedido de patente norte-americano, também pendente, de proprie

- 4 dade comum, número 819.397, depositado em 17 de Janeiro de 1986, o que é uma adição do pedido número 697.876, depositado em 4 de Fevereiro de 1986, ambos em nome de Marc S. Newkirk e outros e ambos intitulados ARTIGOS CERÂMICOS COMPÓSITOS E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DOS MESMOS. Estes pedidos de patente revelam novos processos para a produção de um produto compósito de cerâmica auto-suportado pelo crescimento de um produto de reacção de oxidação, a partir de um precursor de metal original no interior de uma mas sa de material de enchimento permeável, embebendo desse modo o ma terial de enchimento com uma matriz. Mas o produto compósito resultante,não possui qualquer geometria, forma nem configuração predeterminadas ou definidas.

Um processo de produção de corpos compósitos c£ râmicos possuindo uma geometria ou forma predeterminadas é revelado no pedido de patente norte-americano, de propriedade comum, tam bém pendente, número 861.025 , depositado em 8 de Maio de 1986,intitulado CORPOS CERÂMICOS MOLDADOS E PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DOS MESMOS e em nome de Newkirk e outros. De acordo com o processo des^ ta invenção, o produto de reacção de oxidação que se desenvolve in filtra-se num pré-molde permeável no sentido de um limite superficial definido. Produtos compósitos cerâmicos com uma cavidade com uma geometria interior que reproduz inversamente a forma do corpo metálico original são revelados no pedido de patente norte-america no, de propriedade comum também pendente, número 823.542, deposita do em 27 de Janeiro de 1986, em nome de Newkirk e outros e intitulado PROCESSO DE REPRODUÇÃO INVERSA DA FORMA PARA FABRICAÇÃO DE AR TIGOS COMPÓSITOS CERÂMICOS E ARTIGOS OBTIDOS PELOS MESMOS;

Todas as novas características de todos os pe- 5 didos de patente anteriores do mesmo proprietário são incorporadas aqui por referência.

Um elemento chave na utilização dos processos dos pedidos de patente do mesmo proprietário também pendentes citados anteriormente, para produzir um corpo cerâmico de forma nítida ou quase nítida, incluindo os corpos compósitos que mantêm essencialmente a forma e as dimensões originais do mate, rial de enchimento ou pré-molde consiste em minimizar ou inibir o desenvolvimento excessivo da matriz cerâmica para além dos limites superficiais definidos. 0 desenvolvimento excessivo dos limites superficiais pode ser substancialmente impedido controlando a infiltração da matriz cerâmica policristalina até quaisquer limites superficiais definidos, o que pode ser realizado por exemplo, usando uma quantidade pré-determinada de metal original, estabelecendo dentro do pré-molde uma cinética de oxidação favorável, esvaziando a atmosfera oxidante ou baixando a temperatura da reacção. Qualquer uma destas operações pode requerer um controle ou uma vigilância apertados para obter-se essencialmente a ausência de um desenvolvimento ex cessivo policristalino de qualquer limite superficial jáefiniclo ,podendo mesmo assim não produzir a forma nítida ou quase nítida mais dj? sejável, ou pode requerer maquinagem ou acabamento, adicionais.

A presente invenção proporciona meios para ej5 tabelecer de maneira fiável um limite ou impedir substancialmente o desenvolvimento excessivo do produto da reacção de oxidação que é desejável para a obtenção de formas puras, particularmente com corpos numa sá peça de maiores dimensões ou corpos com geometria complicada.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção de uma maneira geral proporciona um corpo cerâmico auto-suportado, obtido pela reacção de oxidação de um metal original, para formar um material policristalino constituído essencialmente pelo produto da reac ção de oxidação do metal original, com um ou mais oxidantes,in cluindo um oxidante em fase de vapor e, optativamente, um ou mais constituintes metálicos, possuindo um limite superficial estabelecido por um dispositivo de barreira. 0 oxidante em fase de vapor pode ser empregado em conjunção com um oxidante scí lido ou um oxidante líquido, como se explica, mais adiante em pormenor. Um dispositivo de barreira é utilizado para estabele cer uma superfície, uma periferia, um limite ou similar do cor po cerâmico.

À presente invenção proporciona ainda, de uma maneira geral um produto cerâmico compósito com uma forma pré-determinada desejada. De acordo com esta forma de realização sobrepãe-se a uma massa moldada de material de enchimento que possui um limite superficial, um dispositivo de barreira para inibir a formação do corpo cerâmico para além do mesmo. 0 desenvolvimento ou crescimento do produto da reacção de oxidação infiltra-se na massa moldada e termina essencialmente com o dispositivo de barreira.

De acordo com o processo segundo a presente in venção, o corpo cerâmico auto-suportado é prodiizido proporcionando um dispositivo de barreira pelo menos parcialmente afastado do metal original. 0 metal original é aquecido a uma temp£ ratura acima do seu ponto de fusão mas abaixo do ponto de fusão do produto da reacção de oxidação, para formar um corpo de metal fundido e, a esta temperatura ou dentro desta gama de tem

- 7 peraturas, o metal fundido reage com o oxidante em fase de vapor, para formar o produto da reacção de oxidação. Deve entender-se que a gama de temperaturas operável ou a temperatura preferida pode não se estender por todo este intervalo de temperaturas. Pelo menos uma parte do produto da reacção de oxidação é mantida em contacto com e entre o metal fundido e o oxidante, para arrastar metal fundido através do material policris^ talino, no sentido do dispositivo de barreira e em contacto com o oxidante, de modo que o produto da reacção de oxidação conti ι nua a formar-se, na interface entre o oxidante e o produto da reacção formado anteriormente e, optativamente, deixando os constituintes metálicos dispersos ou distribuídos através do ma terial policristalino. Deve entender-se, que o material policristalino pode apresentar porosidade em vez de algumas ou de todas as fases de metal, porém a percentagem do volume dos espa ços vazios dependerá grandemente de condições tais como a temperatura, o tempo e o tipo de metal original. A reacção continua para produzir o corpo de cerâmica desenvolvido até à superfície ou limite estabelecidos pelo dispositivo de barreira.

I

Da maneira mais típica na formação de um produto compósito cerâmico pelo processo segundo a presente invenção, o metal original é posicionado junto de e preferivelmente em contacto com o leito do material de enchimento com uma forma ou conformação pré-determinada, por exemplo um pré-molde, de mjo do que a superfície do leito pré-moldado, com um dispositivo de barreira fique situado para fora, ou afastado de, ou espaçado do metal original. A formação e o crescimento do produto da reacção de oxidação verificam-se no leito, no sentido para a super fície que possui o dispositivo de barreira. A reacção continua

até o produto da reacção de oxidação policristalino se ter infiltrado na massa pré-moldada para produzir o corpo compósito cerâmico com a configuração ou geometria interrompendo o dispositivo separador o modo a conseguir obter um corpo de forma do leito inibindo ou crescimento, de nítida ou quase nítida

Os materiais segundo a presente invenção podem apresentar propriedades substancialmente uniformes em toda a sua secção transversal até uma espessura até aqui difícil de conseguir pelos processos convencionais para a produção de estruturas cerâmicas densas. 0 processo que fornece estes materiais tam bém elimina os altos custos associados com alguns processos de produção de cerâmica convencionais, incluindo a preparação do pó fino de elevada pureza e uniforme, a compressão a quente e a compressão isostática a quente. Os produtos segundo a presen te invenção são adaptáveis ou fabricados para emprego como pr<> dutos comerciais,os quais,como aqui são considerados, incluem sem limitação, corpos cerâmicos técnicos, estruturais e industriais, para apliôaçSes onde os aspectos eléctrico, de desgaste, térmico e estrutural, além de outras caracterxsticas ou propriedades são importantes ou benéficas; e não se pretende incluir materiais reciclados ou material de refugo tal como pode ser produzido como sub-produto indesejado no processamento de metais fundidos.

Tais como são utilizados nesta memória descritiva e nas reivindicações anexas, os termos seguintes, são definidos como se segue:

Cerâmico” não deve ser entendido indevidamente como sendo limitado a um corpo cerâmico no sentido clássico, isto é, no sentido em que o mesmo consiste inteiramente em materiais inorgânicos e não metálicos, mas sim, pelo contrário, refere-se a um corpo que é predominantemente cerâmico relativamente quer à composição quer às propriedades dominantes, embora o corpo possa conter quantidades mínimas ou substanciais de um ou mais constituintes metálicos derivados do metal original ou produzidos a partir do oxidante ou de um contaminante, o mais tipicamente dentro de uma gama de 1 a 40 em volume, podendo no entanto incluir ainda mais metal.

Produção da reacção de oxidação geralmente significa um ou mais metais em qualquer estado oxidado, no qual o me tal forneceu electrões a ou compartilha electrões com outro el£ mento composto, ou combinação de compostos. Consequentemente,um produto da reacção de oxidação, segundo esta definição, inclui o produto da reacção de um ou mais metais com um oxidante.

Oxidante significa um ou mais aceitadores de eletrões ou compartilhadores de electrões, e pode ser um elemento, uma combinação de elementos, um composto ou combinação de compostos incluindo compostos redutíveis, e sendo um vapor, sólido ou líquido nas condições do processo.

Metal original refere-se ao metal, por exemplo alu mínio, que é o precursor do produto da reacção de oxidação policristalino, e inclui aquele metal como um metal relativamente puro, um metal comercialmente disponível com impurezas e/ou cons tituintes de ligas, ou uma liga, na qual o precursor metálico é o constituinte principal; e, quando um metal especificado é men cionado como metal original, por exemplo alumínio, o metal identificado deverá ser entendido tendo esta definição em mente, a menos que o contexto indique outro significado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A fig. 1 é uma vista em perspectiva com as peças separadas, do pré-molde fabricado de acordo com o Exemplo

1.

A fig. 2 é uma vista em corte transversal do pré-molde da fig. 1 montado.

A fig. 3 θ uma vista em planta do pré-molde da fig. 2, que representa a placa de metal original antes de con tactar com o pré-molde.

A fig. 4 é uma vista em planta do conjunto do pré-molde e do metal original, de acordo com o Exemplo 1,

A fig. 5 é uma vista em corte transversal feita pela linha (5-5) da fig. 4, com o revestimento de uma barreira de acordo com o Exemplo 1.

A fig. 6 é uma vista em corte transversal do conjunto revestido da fig. 5, colocado num leito inerte contido num vaso refractário.

As fig. 7a ® 7b são fotografias vistas em planta e em alçado, respectivamente, de um corpo compósito formado de acordo com o Exemplo 1.

A fig. 8 é uma fotografia do cadinho compósito, em corte transversal, formado de acordo com o exemplo 2, mostrando a superfície interna do cadinho.

A fig. 9 θ uma fotografia da superfície exterior do corpo compósito, formado de acordo com o Exemplo 3.

A fig. 10 é uma fotografia do corpo compósito resultante, fabricado de acordo com o Exemplo 4.

A fig. 11 é uma fotografia do corpo compósito resultante, fabricado de acordo com o Exemplo 5·

A fig. 12 é uma vista em perspectiva com as peças separadas de um conjunto de barreira de aço inoxidável do Exemplo 6.

A fig. 13a é uma vista em perspectiva da barreira de aço inoxidável do Exemplo 8.

A fig. 13 b á uma vista em corte transversal, que representa o conjunto da barreira da fig. 13a, sobrepondo-se a um metal original colocado dentro de um leito inerte contido num vaso refractário como no Exemplo 8,

A fig. 14 á uma fotografia de dois corpos com pósitos, fabricados no Exemplo 8.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO E FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS

Segundo a presente invenção, o metal original que pode ser contaminado como adiante se explica com pormenor e é o precursor do produto da reacção de oxidação, á moldado em forma de lingote, barra, haste, placa ou similar, e colocado num leito inerte, num cadinho ou outro recipiente refractário.0 metal original é coberto por dispositivo de barreira, que é pelo menos parcialmente separado do metal original. 0 dispositivo de barreira estabelece a superfície, a periferia ou o limite do corpo cerâmico, no sentido de que o crescimento ou desenvolvimento do produto da reacção de oxidação é inibido ou interrompi^ do pelo dispositivo de barreira. 0 recipiente, o seu conteúdo, e o dispositivo de barreira são depois colocados num forno que é alimentado com um oxidante incluindo um oxidante em fase de vapor. Este conjunto é aquecido a temperaturas inferiores ao ponto de fusão do produto da reacção de oxidação mas superiores ao do ponto de fusão do metal original que, por exemplo no caso

- 12 de alumínio e utilizando ar como oxidante em fase de vapor, está geralmente entre cerca de 85O e 145O°C, e, mais preferivelmente, entre cerca de 9θθ θ 135O°C. Dentro deste intervalo ou gama de temperaturas operáveis, um corpo ou conjunto de moldes de metal fundido, e em contacto com o oxidante, o metal fundido reagirá para formar uma camada de produto de reacção de oxidação. Por exposição continuada ao ambiente oxidante, é arrastado progressivamente metal fundido para o interior e através de quaj. quer produto da reacção de oxidação já formado, no sentido do oxidante e no sentido do dispositivo de barreira, Em contacto com o oxidante, o metal fundido reagirá para formar mais produto da reacção de oxidação formando assim um produto da reacção de oxidação progressivamente mais espesso, enquanto, optativamente, se deixam constituintes metálicos dispersos através do material policristalino. A reacção do metal fundido com o oxidante continua até o produto da reacção de oxidação se ter desenvolvido até o dispositivo de barreira,que impede ou inibe o crescimento do produto da reacção de oxidação e produz o corpo cerâmico com uma forma nítida ou quase nítida. Assim, o dispositivo de barreira segundo a presente invenção, inibe ou interrompe o desenvolvimento do material policristalino e ajusta a produção de um corpo cerâmico com uma forma bem definida, nítida ou quase nítida.

Deve compreender-se que o material policrista lino resultante pode apresentar porosidade, que pode ser uma substituição parcial ou quase total da fase metálica de metal ou metais, mas a percentagem do volume de espaços vazios ou lacunas de penderá grandemente de condições tais como a temperatura, o tem po, o tipo de metal original e as concentrações de contaminante.

- 13 Tipicamente, nestas estruturas cerâmicas policristalinas os crijs talitos de produto da reacção de oxidação estão interligados em mais do que uma dimensão, preferivelmente em três dimensães, e o metal pode estar parcialmente ligado. Por catlsa do dispositivo de barreira, o produto cerâmico possui geralinente limites bem d£ finidos, independentemente do teor, em volume, de metal ou da po_ rosidade.

dispositivo de barreira segundo a presente invenção pode ser qualquer dispositivo apropriado que interfere, inibe ou interrompe o desenvolvimento do produto da reacção de oxidação. Dispositivos de barreira apropriados podem ser qualquer material , composto, elemento, composição ou similar, que, nas condições do processo, segundo a presente invenção, mantém uma certa integridade, não é volátil e preferivelmente é permeável ao oxidante em fase de vapor, ao mesmo tempo que é capaz de, localmente, inibir, corromper, interromper, interferir, impedir ou similar, a continuação do desenvolvimento do produto da reacção de oxidação.

Uma categoria de dispositivos de barreira veri_ fica-se ser a classe de materiais que é substancialmente não molhável pelo metal original fundido transportado. Um dispositivo de barreira deste tipo apresenta pouca ou nenhuma afinidade para o metal fundido, e o desenvolvimento é interrompido ou inibido pelo dispositivo de barreira. Outras barreiras tendem a reagir com o metal original fundido transportado para inibir a continuação do desenvolvimento dissolvendo-se e diluindo excessivamente o metal transportado ou formando produtos da reacção sólidos, por exemplo, intermetálicos, que dificultam o processo de transporte do metal fundido. Uma barreira deste tipo de ser um

- 14 metal ou liga de metais, incluindo qualquer precursor apropriado dos mesmos, tais como um óxido ou um composto metálico redutível, ou uma cerâmica densa. Devido à natureza do processo de inibição ou obstrução do crescimento com este tipo de barreira, o desenvolvimento pode estender-se para a barreira ou um pouco para além do mesmo, antes de terminar o desenvolvimento. Não ob_s tante, a barreira reduz qualquer maquinagem ou rectificação final do produto que possa ser necessária. Como atrás se mencionou, a barreira preferivelmente deve ser permeável ou porosa e, consequentemente, quando se utiliza uma parede maciço impermeável é empregada, a barreira deve ser aberta em pelo menos uma zona, ou numa ou em ambas as extremidades, para permitir que o oxidante em fase de vapor contacte o metal original fundido.

São barreiras apropriadas, particularmente uti lizáveis na presente invenção, no caso de se usarem metais originais à base de alumínio, o sulfato de cálcio, silicato de cálcio e fosfato tricálcico,que são substancialmente não molháveis pelo metal original fundido transportado. Tais barreiras podem ser aplicadas tipicamente,como uma massa fluida ou pasta às superfícies de um leito de material de enchimento que é preferível^ mente pré-moldado formando um pré-molde. Os dispositivos de barreira também podem incluir um material combustível ou volátil apropriado, que é eliminado no aquecimento, ou um material que se decompãe com o aquecimento, de modo a aumentar a porosidade e a permeabilidade do dispositivo de barreira. Além disso, o dispositivo de barreira pode incluir um material em partículas refractária apropriado, para reduzir qualquer contração ou fissura possíveis que de outro modo pode ocorrer durante o processo. Ê par ticularmente desejável que tal material em partículas tenha substan

- 15 cialmente o mesmo coeficiente de dilatação que o leito de material de enchimento. Por exemplo, se o pré-molde contiver alumina e a cerâmica resultante contiver alumina, a barreira pode ser misturada com partículas de alumina, tendo desejavelmente, dimensões de 20 a 1.000 mesh. As partículas de alumina podem ser misturadas com o sulfato de cálcio, por exemplo numa relação variando de 10:1 a 1:10, sendo a relação preferida de 1:1. Numa forma de realização preferida, a barreira inclui uma mistura de sulfato de cálcio, (isto é, gesso de Paris), e cimento portland. 0 cimento portland pode ser misturado com o gesso de Paris, numa relação de 10íl a 1:10, sendo a relação preferida de cimento para gesso 1:3. Se se desejar, pode usar-se o cimen to sozinho como o material de barreira.

Uma outra forma de realização preferida, quan do se utilizam metais originais à base de alumínio, compreende o gesso de Paris misturado com sílica numa quantidade estequiométrica, podendo no entanto haver um excesso de gesso de Paris. Durante o processamento, o gesso de Paris e a sílica reagem para formar o silicato de cálcio, donde resulta uma barreira particularmente benéfica devido ao facto de estar substancialmente isenta de fissuras. Ainda numa outra forma de realização, o gesso de Paris é misturado com cerca de 25-40 $, em peso, de carbc> nato de cálcio. Por aquecimento, o carbonato de cálcio decompõe-se libertando dióxido de carbono, aumentado assim a porosidade do dispositivo de barreira.

Outras barreiras particularmente úteis para sistemas de metal original à base de alumínio incluem materiais ferrosos, por exemplo um recipiente de aço inoxidável, cromite e outros óxidos refratários, que podem ser empregados como parjj

- 16 de sobreposta ou como recipiente pare o leito de material de enchimento ou como uma camada na superfície do leito de mate: riôl de enchimento. Outras barreiras incluem cerâmicas densas, sintetizadas ou fundidas, tais como alumina. Estas barreiras são usualmente impermeáveis e portanto são fabricadas especialmente tendo em conta a porosidade necessária ou exigem uma secção aberta, tal como uma extremidade aberta, 0 dispositivo de barreira pode formar um produto friável nas condições da reacção e pode ser removido por abrasão para obter o corpo cerâmico.

dispositivo de barreira pode ser fabricado ou produzido com qualquer forma, dimensões, tamanho, e formato apropriados, sendo preferivelmente permeável ao õxidante em fase de vapor. 0 dispositivo de barreira pode ser aplicado ou uti lizado como uma película, uma pasta, uma massa, uma folha ou placa de material impermeável ou permeável, ou como uma tira porosa ou reticulada, tal como um crivo ou um tecido metálicos ou de cerâmica, ou como uma combinação dos mesmos. 0 dispositivo de barreira pode também compreender um material de enchimento e/ou um ligante.

As dimensões e a forma do dispositivo de barreira dependem da forma desejada para o produto cerâmico. Apenas a título de exemplo, se o dispositivo de barreira for colocado ou situado a uma distância pré-determinada, do metal origi nal, o desenvolvimento da matriz cerâmica seria interrompido ou inibido no local onde encontra o dispositivo de barreira. De mo do geral, a forma do produto cerâmico é a inversa da forma do dispositivo de barreira. Por exemplo, se se colocar uma barreira côncava pelo menos parcialmente afastada de um metal original, o desenvolvimento policristalino ocorre dentro do espaço volumétrico definido pelos limites da barreira côncava e a superfície de metal original. 0 desenvolvimento termina substanci almente na barreira côncava. Depois de remover o dispositivo de barreira, fica um corpo cerâmico com pelo menos uma porção convexa, definida pela concavidade do dispositivo de barreira. Deve notar-se que, relativamente a um dispositivo de barreira com porosidade, pode haver um certo crescimento de material policristalino através dos interstícios, embora tal crescimento excessivo seja severamente limitado ou eliminado pelos materiais de barreira mais eficazes. Em tal caso, depois de remover o dispositivo de barreira do corpo cerâmico policristalino desenvolvido, qualquer crescimento policristalino em excesso pode ser removido do corpo cerâmico por rectificação, por jacto de areia ou operação similar, para produzir a peça cerâmica deseja da, sem os resíduos do material policristalino desenvolvido em excesso. A título de outra ilustração, um dispositivo de barrei, ra separado de um metal original, e possuindo uma protuberância cilíndrica na direcção do metal, produzirá um corpo cerâmico com uma cavidade cilíndrica que é uma cópia invertida do diâ metro e da profundidade da protuberância cilíndrica.

A fim de conseguir obter o crescimento excessivo mínimo ou nulo do material policristalino na formação de corpos compósitos cerâmicos, o dispositivo de barreira pode ser colocado sobre ou posicionado em contacto estreito com o limite superficial definido de qualquer leito de material de enchimento ou pré-molde. A disposição da barreira sobre o limite superficial definido do leito ou do pré-molde pode ser feita por qualquer meio apropriado, tal como aplicação de uma camada de barreira no limite superficial definido. Essa camada do dispo— sitivo de barreira pode ser aplicada por pintura, imersão, serigrafia, evaporação, ou por aplicação por outro meio da barreira sob a forma de um líquido, uma massa ou uma pasta, ou por deposi^ ção catódica de um dispositivo de barreira vaporizável, ou simplesmente por deposição de uma camada de um dispositivo de barreira sólido, ou por aplicação de uma folha ou película fina sólida de dispositivo de barreira sobre o limite superficial definido. Com o dispositivo de barreira no seu lugar, o desenvolvimento do produto da reacção de oxidação policristalino é interrompido quan do atinge o limite superficial definido do pré-molde e contacta com o dispositivo de barreira.

Numa forma de realização preferida da presente invenção, forma-se um pré-molde moldado permeável ( descrito mais adiante com mais pormenor) com pelo menos um limite superficial definido, tendo pelo menos uma parte do limite superficial um dijs positivo de barreira ou estando coberta por um dispositivo de bar reira. Entende-se que o termo pré-molde” pode incluir um conjun to de pré-moldes separados depois ligados para dar um corpo com pósito integral, como se explica mais adiante com mais pormenor. 0 pré-molde é colocado junto de e em contacto com uma ou mais superfícies do metal original ou com uma porção de uma superfície do metal original de modo que pelo menos uma parte do limite superficial definido que possui ou está coberto com o dispositivo de barreira está geralmente posicionada distante ou para fora da superfície do metal, verificando-se a formação do produto da reacção de oxidação no interior do pré-molde e no sentido do linri te superficial definido com o dispositivo de barreira, 0 pré-mol^ de permeável faz parte do conjunto das camadas e, por aquecimen to num forno, o metal original e o pré-àolde são expostoa ao ou

- 19 envolvidos pelo oxidante em fase de vapor que pode ser empregado em combinação com um oxidante sólido ou líquido. 0 processo da reacção continua até o produto da reacção de oxidação se ter infiltrado no pré-molde e entrado em contacto com o limi. te superficial definido que tem a barreira ou está coberto pela barreira. 0 mais típico é que os limites do pré-molde e da matriz policristalina coincidam substancialmente; mas constituintes individuais nas superfícies do pré-molde podem ficar expostos ou ficar salientes da matriz, e portanto a infiltração e o embebimento podem não ser completados em termos de a matriz envolver ou encapsular o pré-molde. 0 dispositivo de barreira im pede, inibe ou interrompe o crescimento quando se dá o contacto com o dispositivo de barreira e não se verifica substancji almente qualquer ”super-crescimento” do material policristalino. 0 produto compósito cerâmico resultante inclui um pré-molde infiltrado ou embebido até aos seus limites por uma matriz cerâmi ca que compreende um material policristalino constituído essencialmente pelo produto da reacção de oxidação do metal original com o oxidante e optativamente, um ou mais constituintes me tálicos, tais como constituintes não-oxidados do metal original ou constituintes reduzidos de um oxidante.

Nas fig. 1 a 7 está ilustrada uma forma de realização preferida, empregando um dispositivo de barreira com um pré-molde, explicada com mais pormenor no Exemplo 1. Aqui, o pré-molde pode compreender, tipicamente, carboneto de silício com dimensões das partículas de 500 mesh. 0 limite superficial definido é revestido com uma camada permeável de CaSO^ (gesso de Paris) que deve actuar como um dispositivo de barreira. Esta camada é aplicada como uma pasta tixotrópica que solidifica dje

pois por hidrólise, facilitando o manejo do conjunto das camadas depositadas. Depois de aquecer todo o conjunto num forno na gama de temperaturas do processo, o produto da reacção de oxida ção policristalino cresce e infiltra-se no pró-molde até ao M mite superficial definido.0 CaSO^ impede o desenvolvimento excessivo do material policristalino para além do limite superficial definido do pré-molde infiltrado. Depois de ter sido aquecido durante o processo da reacção de oxidação, o CaSO^ é desidrolizado, facilitando a sua remoção da superfície do pré-molde por uma aplicação ligeira de jacto de areia, por raspagem ou por agitação em meio abrasivo.

Ainda numa outra forma de realização da produ ção de um corpo compósito com um padrão incluindo uma cavidade em negativo, réplica inversa de um padrão em positivo do precur sor de metal original, o dispositivo de barreira em si é escolhido de modo a possuir integridade estrutural suficiente para suportar o conjunto. Acumula-se material de enchimento em partículas à volta de pelo menos uma parte de um precursor de metal original moldado, mas não haverá infiltração do material em partículas através da barreira porosa. A fim de evitar a infiltração do material de enchimento, o dispositivo de barreira com preende um recipiente poroso ou reticulado, tal como uma bainha ou manga(por exemplo um crivo de metal), envolvendo o material de enchimento em partículas. Se essa bainha não for estruturalmente forte nas condições do processo, ela pode ser reforçada com uma segunda manga mais forte (por exemplo, cilindro de liga de aço,de aço,de cerâmica,etc^, disposta concentricamente com a bainha reticulada. 0 cilindro tem um padrão perfurado para permitir que o oxidante em fase de vapor passe através da manga e

“ 21 da bainha e contacte com o metal original fundido, mas a combinação do cilindro e da bainha impede que o material de enchimen to em partículas se infiltre através do dispositivo de barreira. A geometria da superfície de material de enchimento é congruente com a superfície interna do recipiente, que é então reproduzida pelo produto compósito resultante. A fig. 12 e o Exemplo 6 ilustram esta forma de realização de um dispositivo de barreira sob a forma de um recipiente metálico para uma disposição vert/ cal.

Deve compreender-se que certas barreiras até aqui citadas podem sofrer alterações químicas na composição ou nas espécies nas condições do processo. No caso de uma barreira aplicada, compreendendo uma mistura de sulfato de cálcio (gesso de Paris) e partículas de alumina, por exemplo, nas condições do processo, a mistura pode formar oxisulfato de alumínio e cál cio. Uma barreira constituída por aço inoxidável AISI 304 pode oxidar-se, nas condições do processo, para produzir óxidos do metal constituinte. Quaisquer materiais de barreira indesejados que fiquem podem ser facilmente removidos do corpo cerâmico.

produto compósito cerâmico obtido pela prática da presente invenção usualmente será um produto coerente, no qual entre 5 $ θ cerca de 98 $, em volume, do volume total de produto compósito cerâmico são constituídos por um ou mais materiais de pré-molde embebidos até ao limite superficial definido do pré-molde com uma matriz de material policristalino.A matriz de material policristalino é usualmente constituída, quando o metal original é o alumínio,por cerca de 60 $ a cerca de 99 $, em volume (do volume de material policristalino) do óxido alfa-alumínio interligado e cerca de 1 $ a 40 em vo- 22 lume (na mesma base) de constituintes não oxidados do metal ori ginal.

Embora a presente invenção seja a seguir descrita dando particular enfase aos sistemas nos quais se emprega o alumínio ou uma liga de alumínio como metal original e alumina é o produto da reacção de oxidação pretendido, esta referência tem apenas fins explicativos, e deve entender-se que a presente invenção é adaptável, pela aplicação das técnicas aqui descritas a outros sistemas, nos quais são utilizados outros metais como o estanho, o silício, o titânio, o zircónio, etc. como metal origi nal e o produto da reacção de oxidação pretendido é o óxido, o nitreto, o boreto, o carbeto ou similar daquele metal. Assim, o dispositivo de barreira pode depender de fatores tais como a escolha do metal original, dos contaminantes, da matriz cerâmica, da composição do material de enchimento e das condições do processo. 0 sulfato de cálcio pode ser uma barreira utilizável nesses outros sistemas quando as condições forem algo semelhantes às do alumínio, como por exemplo no caso do estanho, com ar como o oxidante. Por outro lado, o sulfato de cálcio não seria uma barreira apropriada para um processo realizado numa gama de temperaturas ou em condições de reacção em que o sulfato de cálcio não é estável, por exemplo, titânio numa atmosfera de azoto, reacção de oxidação que é realizada acima de 2000°C. Para tais re acções a temperaturas elevadas pode usar-se uma cerâmica de alumina densa ou uma cerâmica de zircónia, por exemplo a que no res tante satisfaz os critérios aqui indicados de uma barreira poden do as mesmas suportar a alta temperatura do processo, mantendo no entanto as características necessárias de uma barreira.

No processo segundo a presente invenção,o oxi dante em fase de vapor é normalmente gasoso ou está vaporizado nas condições do processo para proporcionar uma atmosfera oxidante, tal como ar atmosférico. Os oxidantes em fase de vapor típicos incluem, por exemplo, elementos ou compostos do grupo que se segue, ou combinações dos elementos ou compostos desse grupo, incluindo elementos voláteis ou vaporizáveis, compostos ou constituintes de compostos, ou misturas: oxigénio, azoto, um halogéneo, enxofre, fósforo , arsénio, carbono, boro, selénio, telúrio, e compostos e combinações dos mesmos, por exemplo meta no, etano, propano, acetileno, etileno, propileno (os hidrocarbonetos como fonte de carbono), e misturas tais como ar, Hg/HgO, e CO/COg, sendo os últimos dois (isto é, Hg/HgO e CO/COg) sendo utilizáveis na redução da actividade de oxigénio no ambiente. 0 oxigénio ou misturas de gases contendo oxigénio (incluindo ar) são oxidantes na íàse de vapor, apropriados, se o ar usualmente prje ferido por razões óbvias de economia. Quando um oxidante em fase de vapor é identificado como contendo ou compreendendo um gás ou va por específicos, isto significa um oxidante em fase de vapor no qual o gás ou vapor identificados é o oxidante único, predominan te ou pelo menos significativo do metal original, nas condições obtidas no ambiente oxidante utilizado. Por exemplo, embora o constituinte principal do ar seja o azoto, o teor de oxigénio do ar é normalmente o único oxidante do metal original nas condições obtidas no ambiente oxidante utilizado. Portanto o ar inclui-se na definição de um oxidante de gás contendo oxigénio”,mas não na definição de um oxidante de ”gás contendo azoto”. Um exem pio de um oxidante de ”gás contendo azoto”, como aqui e nas reivindicações se define é o gás de formação, que tipicamente con tém cerca de 96 /, em volume, de azoto e cerca de 4 em volume, de hidrogénio.

0 oxidante pode também incluir um oxidante sólido e/ou um oxidante líquido, que seja sólido ou líquido nas condições do processo, 0 oxidante sólido e/ou o oxidante líquido é empregado em combinação com o oxidante em fase de vapor. Quando se usa um oxidante sólido, está usualmente disperso, ou mistu rado em todo o leito de material de enchimento ou pré-molde,ou numa parte do leito ou pré-molde adjacente ao metal original, na forma de partículas, ou eventualmente na forma de um revestimento do leito ou das partículas do pré-molde. Qualquer oxidante sólido apropriado pode ser empregado, incluindo elementos tais como, o boro ou o carbono, ou compostos redutíveis, tais como óxidos ou boretos com estabilidade termodinâmica inferior à do produto da reacção: óxido ou boreto do metal original.

Se se utilizar um oxidante líquido em ligação com o oxidante em fase de vapor, ele pode ser disperso por todo o leito de material de enchimento ou pré-molde ou por uma parte do mesmo, adjacente ao metal original, desde que esse oxidante líquido não bloqueie o acesso do metal fundido ao oxidante em fa se de vapor. A referência a um oxidante líquido significa um líquido nas condições da reacção de oxidação, e podendo portanto um oxidante líquido ter um precursor sólido, tal como um sal,que está fundido ou liquefeito nas condições da reacção de oxidação. Em alternativa, o oxidante líquido pode ser um precursor líquido, por exemplo uma solução de um material que é utilizada para revestir parte ou todas as superfícies porosas do leito de material de enchimento ou pré-molde e que funde ou é decomposto nas condições do processo para proporcionar uma porção oxidante apro priada. Exemplos de oxidantes líquidos como aqui são definidos incluem os vidros de ponto de fundição baixo.

- 25 Embora a presente invenção seja adiante descrita com referência específica a um pré-molde na formação de corpos compósitos, deve ser entendido que são também aplicáveis leitos de material de enchimento soltos, utilizáveis na prática da presente invenção.

pré-molde deve ser suficientemente poroso ou permeável para permitir que o oxidante em fase de vapor possa pas^ sar pelos poros do pré-molde e contactar com o metal original. 0 pré-molde deve também ser suficientemente permeável para permitir o desenvolvimento do produto da reacção de oxidação no interior do pré-molde sem pertmrbar, transtornar substancialmente, ou de ou tro modo alterar a configuração ou geometria do pré-molde. No caso de o pré-molde incluir um oxidante sólido e/ou um oxidante líquido que pode acompanhar o oxidante em fase de vapor, o pré-molde deve então ser suficientemente poroso ou permeável para permitir e aceitar o crescimento do produto da reacção de oxidação prja veniente do oxidante líquido e/ou sólido. Deve ser entendido que sempre que aqui se refere, pré-molde¹¹ ou pré-molde permeável se pretende significar um pré-molde permeável possuindo as características de porosidade e/ou de permeabilidade anteriores, a menos que*ee diga o contrário.

Os pré-moldes permeáveis podem ser criados ou moldados com quaisquer dimensões e forma desejadas, por quaisquer processos convencionais, tais como moldação deslizante, moldação por injecção, moldação por transferência, moldação no vácuo ou por outros processos, por processamento de qualquer ou quaisquer materiais, identificados e descritos mais especificamente noutro lugar. 0 pré-molde permeável, como atrás se mencionou, pode incluir um oxidante sólido e/ou oxidante líquido, utilizados em li.

gação com um oxidante ein fase de vapor, como oxidante. 0 pré-mol^ de permeável deve ser fabricado com pelo menos um limite superficial e de modo a manter uma integridade de fornia significativa e resistência em verde, bem como fidelidade após ser infiltrado e embebido pela matriz cerâmica. 0 pré-molde permeável deve no entanto ser suficientemente permeável para aceitar o crescimento do produto da reacção de oxidação policristalino. 0 pré-molde permeável deve também ser susceptível de ser molhado pelo metal original, e ter uma constituição tal que o produto da reacção de oxidação possa ligar-se ou aderir ao pré-molde e ao interior do pré-molde, para produzir um produto compósito de alta integridade e com limites bem definidos.

pré-molde pode ter quaisquer dimensões ou forma, desde que contacte com ou fique adjacente a superfície me, tálica do metal original, e tenha pelo menos um limite superficial coberto com um dispositivo de barreira que defina o destino da matriz policristalina em crescimento. Apenas a título de exemplo, o pré-molde pode ter a forma hemisférica, com o limite da superfície plana em contacto com a superfície do metal original e representando o limite da superfície em forma de cúpula o limite superficial definido até ao qual o material policristalino deve desenvolver-sejouumpré-molde pode ter a forma cúbica com um limite superficial quadrado em contacto com a superfície metálica do metal original e sendo os restantes cinco limites superficiais quadrados os alvos ate aos quais deve fazer-se o crescimento da matriz policristalina. Uma matriz de material policristalino resultante do produto da reacção de oxidação desenvolve-se simplesmente para o interior do pré-molde permeável de modo a infiltrar-se e embeber este até ao seu limite superficial defi- 27 nido com o dispositivo separador, sem perturbar ou deslocar subs tancialriíente o mesmo.

pré-molde permeável segundo a presente inven ção pode ser feito de qualquer material apropriado, tal como partículas de cerâmica e/ou de metal, pós, fibras, fios emaranhados, arames, partículas, corpos ou esferas ocas, tecido de arame, esfe ras macias, etc. e combinações dos mesmos. Os materiais do pré-molde podem compreender um agregado ou disposição, tanto ligado como solto, tendo o referido agregado interstícios, aberturas, e£ paços intermédios e similares, para tornar o pré-molde permeável ao oxidante e à infiltração do metal original fundido, para permi tir a formação do produto da reacção de oxidação desenvolvido,sem alterar a configuração do pré-molde. 0 pré-molde pode incluir uma rede de barras, hastes, tubos, placas, fios, esferas ou outras ma teriais de reforço em partículas, tecido de arame, tecido refratá rio cerâmico ou similares, ou uma combinação de qualquer dos antes riores, previamente dispostos numa forma desejada. Além disso, o material ou materiais de pré-molde podem ser homogéneos ou hetert) géneos. Os materiais apropriados do pré-molde podem, tais como pós cerâmicos ou em partículas, serem ligados entre si por meio de qualquer agente ligante apropriado, ou similar, que não inter fira com as reacções da presente invenção, nem deixe qualquer sub-produto residual indesejável dentro do produto compósito de cerâmica. Os materiais em partículas apropriados tais como o carboneto de silício ou a alumina, podem ter dimensões dos grãos de cerca de 10 a 1000, ou menores, podendo também usar-se uma mistura de dimensões de grãos e de tipos, 0 material em partículas pode ser moldado por técnicas conhecidas ou convencionais, como por exemplo pela formação de uma pasta de material em partículas com um ligante orgânico, o vazamento da pasta num molde e deixando depois o molde consolidar-se, por exemplo por secagem ou cura a uma temperatura elevada.

Mais especificamente, relativamente aos materiais apropriados que podem ser empregados na moldação e fabricação do pré-molde permeável ou leito de material de enchimento segundo a presente invenção, três classes de materiais utilizáveis podem ser identificadas como materiais apropriados para o prá-molde permeável.

A primeira classe contém as espécies químicas que, nas condiçSes de temperatura e oxidação do processo, não são voláteis, são termodinamicamente estáveis e não reagem coir nem se dissolvem excessivamente no metal, original fundido. São numerosos os materiais conhecidos pelos versados na técnica que satisfazem tais critérios, no caso em que o alumínio é o me tal original e ar ou oxigénio é empregado como oxidante. Tais materiais incluem °xidos de um só metal de: alumínio, Al^O^j cério, CeO^J háfnio, HfOgj lantânio, La^O^; neodímio, Nd^O^,

Sc„O„ i

ZrO_p ·

Além disso, um grande número de compostos metálicos binários, ternários e de ordem superior tais como espinela de aluminato

tos refiactários estáveis,

A segunda classe de materiais apropriados para o pré-molde são os que não são intrinsecamente estáveis no ambiente oxidante e a alta temperatura da forma de realização preferida, mas que podem ser usados devido à cinética relativamente lenta das reacçSes de degradação. Um exemplo, no caso do

- 29 alumínio com o oxigénio ou ar na formação da matriz cerâmica de alumina é o carboneto de silício. Este material oxidar-se-ía com pletamente nas condições necessárias para oxidar o alumínio, se não fosse uma camada protectora de óxido de silício que se forma e cobre as partículas de carboneto de silício, para limitar a continuação da oxidação do carboneto de silício.

Uma terceira classe de materiais apropriados para o pré-molde segundo a presente invenção são aqueles que,por motivos termodinâmicos ou de cinética, não é de esperar que sobrje vivam ao ambiente oxidante ou à exposição ao metal fundido necessários para a prática da presente invenção. Tais materiais podem tornar-se compatíveis com o processo da presente invenção se, (1) se tornar o ambiente menos ativo, por exemplo, através do uso de Η^Ο ou CO/CO^ como gases oxidantes, ou (2) através da aplicação de um revestimento aos mesmos, tal como de óxido de alumínio, que torna a espécie cineticamente não reactiva no meio oxidante. Um exemplo de tal classe de materiais seria a fibra de carbono em pregada em ligação com um metal original de alumínio fundido. Se o alumínio deve ser oxidado com o ar ou com o oxigénio a, por exemplo, 1250°C, para gerar uma matriz incorporando um pré-molde contendo as ditas fibras, a fibra de carbono tenderá a reagir quer com o alumínio (para formar o carboneto de alumínio) quer com o ambiente oxidante (para formar CO ou CO^) · Estas reacções não desejadas podem ser evitadas revestindo a fibra de carbono (por exemplo com alumina), para impedir a reacção com o metal ori ginal e/ou o oxidante. Em alternativa, a tendência de o material de enchimento de carbono para reagir com o oxidante pode ser controlada por emprego de uma atmosfera de CO/CO^ como oxidante, que tende a oxidar o alumínio, mas não a fibra de carbono contida.

- 30 Um pré-molde usado na prática da presente invenção pode ser empregado como pré-molde simples ou como um conjunto de pré-moldes para moldar formas mais complexas. Descobriu -se que o material da matriz policristalina pode ser desenvolvido através de partes adjacentes e em contacto de um conjunto de pré-moldes para ligar pré-moldes contíguos para formar um corpo compósito cerâmico unificado ou integrado. 0 conjunto de pré-moldes é disposto de modo que o crescimento ou desenvolvimento do produto da reacção de oxidação se faça no sentido do conjunto de pré-moldes e para o seu interior para se infiltrar e embeber o conjunto até ao dispositivo de barreira do conjunto de pré-moldes ligando-os entre si. Assim, podem formar-se corpos compósitos de cerâmica complexos como um corpo integrado que por outro lado, não pode ser produzido por técnicas de fabricação convencionais. Deve entender-se que sempre que aqui se fala em pré-molde isso significa um pré-molde ou um conjunto de pré-moldes a menos que se afirme o contrário.

Como outra forma de realização da presente in venção e como se expõe nos Pedidos de Patente da mesma Requerente, a adição de materiais contaminantes, em ligação com o metal original pode influenciar favoravelmente o processo da reacção de oxi^ dação. A função ou funções do material contaminante pode depender de um certo número de factores diferentes do próprio material con taminante. Estes factores incluem, por exemplo, o metal original particular, o produto final desejado, a combinação particular de contaminantes quando se usam dois ou mais contaminantes, o uso de um contaminante aplicado externamente em combinação com um contaminante em liga, a concentração dos contaminantes, o ambiente oxidante e as condições do processo.

- 31 0 contaminante ou contaminantes empregados em conjunto com o metal original 1) podem ser providos como constituintes de liga de metal original, 2) podem ser aplicados a pelo menos uma parte da superfície do metal original ou 3) podem ser aplicados ao leito de material de enchimento ou pré-mol de ou a parte dos mesmos, por exemplo à zona de suporte do pré-molde, ou pode usar-se qualquer combinação de duas ou mais das técnicas 1), 2) e 3). Por exemplo, pode usar-se um contaminante em liga em combinação com um contaminante aplicado externamente. No caso da técnica 3), na qual um contaminante ou vários contaminantes são aplicados ao leito de material de enchimento ou pré-molde, a aplicação pode ser realizada de qualquer maneira apropriada, tal como por dispersão com contaminantes através de parte ou de toda a massa do pré-molde, como revestimento ou for ma de partículas, preferivelmente incluindo pelo menos uma par te do pré-molde adjacente ao metal original, A aplicação de qualquer dos contaminantes ao pré-molde pode também fazer-se aplicando uma camada de um ou mais materiais contaminantes ao e no interior do pré-molde, incluindo qualquer das suas abertu ras internas, interstícios, passagens, espaços intermédios ou similares, que o tornam permeável. Um modo conveniente de apli cação de qualquer material contaminante consiste simplesmente em embeber todo o leito com um contaminante líquido (por exemplo uma solução). Uma fonte de contaminante também pode ser proporcionada colocando um corpo rígido de contaminante em contacto com e entre pelo menos uma parte da superfície de metal original e o pré-molde. Por exemplo pode colocar-se uma folha fina de vidro contendo silício (utilizável como contaminante para a oxidação de um metal original de alumínio)sobre uma su

- 32 perfície do metal original. Quando o metal original de alumínio (que pode ser contaminado internamente com Mg) coberto com o ma terial contendo silício fundir num ambiente oxidante (por exemplo, no caso de alumínio, no ar, entre cerca de 85O°C e cerca de 145^0, preferivelmente entre cerca de 9θθ θ 135O°C, verifica -se o desenvolvimento do material cerâmico policristalino no in terior do pré-molde permeável. No caso em que o contaminante é aplicado externamente em pelo menos uma parte da superfície do metal original, a estrutura de óxido policristalina geralmente cresce no interior do pré-molde permeável substancialmente para além da camada de contaminante (isto é, para além da profundida de da camada de contaminante aplicada). Em qualquer dos casos, podem aplicar-se um ou mais contaminantes externamente à superfície de metal original e/ou ao pré-molde permeável. Além disso, os contaminantes ligados no interior do metal original e/ou apli_ cado externamente ao metal original pode ser aumentado por um ou mais contaminantes aplicados no pré-molde. Assim, quaisquer deficiências de concentração dos contaminantes ligados no interior do metal original e/ou aplicados externamente ao metal origi nal podem ser corrigidas por uma concentração adicional ou dos contaminantes respectivos aplicados ao pré-molde e vice-versa.

Os contaminantes utilizáveis para um metal ori ginal de alumínio, particularmente com ar como oxidante, incluem, por exemplo, o metal magnésio e o metal zinco, em combinação um com o outro ou em combinação com outros contaminantes, como se descreve mais adiante. Estes metais, ou uma fonte apropriada dos mesmos, podem formar ligas, dentro do metal original aba se de alumínio,com concentrações, para cada um, de cerca de 0,1 a 20 % em relação ao peso total do metal contaminado resultante.

- 33 Parece que as concentrações dentro desta gama iniciam o cresci^ mento ou desenvolvimento de cerâmica, fomentam o transporte de metal e influenciam favoravelmente a morfologia de crescimento do produto de oxidação resultante. A concentração, para qualquer contaminante depende de tais factores como a combinação de contaminantes e a temperatura do processo.

Outros contaminantes que são eficazes para promover o crescimento do produto da reacção de oxidação policristalino, para sistemas com o metal original à base de alumí nio são por exemplo, o silício, o germânio, o estanho e o chum bo, especialmente quando usados em combinação com o magnésio ou o zinco. Um ou mais destes outros contaminantes, ou uma fonte apropriada dos mesmos, é usado como liga no interior do sistema de metal original de alumínio, em concentrações, para cada um, de 0,5 a 15 em peso, da liga total; porém, a cinética do crescimento e a morfologia do crescimento mais desejáveis são obtidas com concentrações de contaminante na faixa de 1 a 10 % em peso, da liga de metal original total. 0 chumbo como contaminante,geralmente é usado em liga no interior do metal original à base de alumínio, a uma temperatura de pelo menos 1000°C, de modo a ter em conta a sua baixa solubilidade no alu mínio; porém, a adição de outros componentes de liga, tais cc> mo estanho, geralmente aumentará a solubilidade do chumbo e permitirá que o material de liga seja adicionado a uma temperatura inferior.

Podem usar-se um ou mais contaminantes, conforme as circunstâncias, como atrás se explica. Por exemplo,no caso de um metal original de alumínio e com ar como oxidante, as combinações particularmente utilizáveis de contaminantes in

- 34 cluem a) magnésio e silício ou b) magnésio, zinco e silício.

Nesses exemplos, uma concentração de magnésio preferida situa-se dentro da gama de cerca de 0,1 a cerca de 3 em peso, para o zinco, na gama de cerca de 1 a 6 %, em peso, e para silício na gama de cerca de 1 a cerca de 10 %, em peso.

Outros exemplos de materiais contaminantes utilizáveis com um metal original de alumínio incluem o sódio, o lítio, o cálcio, o boro, o fósforo e o ítrio que podem ser utilizados individualmente ou em combinação com ou mais contaminantes, conforme o oxidante e as condições do processo. 0 só_ dio e o lítio podem ser usados em quantidades muito pequenas, da ordem das partes por milhão, tipicamente de cerca de 100 a 200 partes por milhão, podendo usar-se cada um deles sozinho ou em conjunto, ou em combinação com outro ou outros contaminantes. Elementos das terras raras tais como cério, lantânio, pra seodímio, neodímio e samário são também contaminantes utilizáveis e, mais uma vez aqui, especialmente quando usados em combinação com outros contaminantes.

Como atrás se referiu, não é necessário utili. zar todos os materiais contaminantes em liga no interior do me tal original. Por exemplo, a aplicação selectiva de um ou mais materiais contaminantes numa camada fina em todo ou numa porção da superfície do metal original permite o crescimento cerâmico local a partir da superfície do metal original ou de partes do mesmo e presta-se ao crescimento do material cerâmico po. licristalino dentro do pré-molde permeável em áreas selecionadas. Assim, o crescimento do material cerâmico policristalino dentro do pré-molde pode ser controlado pela colocação localiza

- 35 da do material contaminante na superfície de metal original. 0 revestimento ou camada aplicados de contaminante são relativamente finos em relação à espessura do corpo de metal original, e o crescimento ou formação do produto da reacção de oxidação dentro do pré-molde permeável estende-se substancialmente para além da camada de contaminante, isto é, para além da profundidade da camada de contaminante aplicada. Tal camada de contami nante pode ser aplicada por pintura, imersão, serigrafia, evaporação, ou por aplicação de qualquer outro modo de material contaminante na forma líquida ou de pasta, ou por deposição ca tódica, ou por simples deposição de uma camada de contaminante sólido em partículas ou uma folha ou película sólida fina de contaminante na superfície do metal original. 0 material contaminan te pode, porém não necessariamente, incluir ligantes veículos, solventes e/ou espessantes orgânicos ou inorgânicos. Mais preferivelmente, os materiais contaminantes são aplicados como pós à superfície do metal original, ou dispersos através de pelo me nos uma parte do material de enchimento. Um processo particular mente preferido de aplicação de contaminante à superfície do me tal original consiste em utilizar uma suspensão de contaminantes num líquido numa mistura de água/ligante orgânico, aspergida S£ bre a superfície do metal original, a fim de obter um revestimen to aderente que facilita o manuseamento do metal original conta minado antes do processamento.

Os materiais contaminantes, quando usados ex ternamente, são usualmente aplicados a uma parte da superfície do metal original, como um revestimento uniforme. A quantidade de contaminante é eficaz numa larga gama relativamente á quantidade de metal original a que a mesma é aplicada e, no caso do

- 36 alumínio, não deram resultado experiências feitas para definir limites inferiores e superiores de operação. Por exemplo, quan do se utiliza silício na forma de dióxido de silício aplicado externamente como contaminante para um metal original à base de alumínio, utilizando-se ar ou oxigénio como oxidante, quantidades tão baixas como 0,00003 gramas de silício por grama de metal original, ou cerca de 0,0001 grama de silício por centíme tro quadrado de superfície de metal original exposta, juntamente com um segundo contaminante com uma fonte de magnésio e/ou zinco, produzem o fenómeno do crescimento de cerâmica policristalina. Também se verificou que pode obter-se uma estrutura cerâmica a partir de um metal original à base de alumínio, empregando-se ar ou oxigénio como oxidante, usando MgO como contaminante numa quantidade maior que 0,0008 gramas de contaminante por grama de metal original a oxidar e mais que 0,003 gramas de contaminante por centímetro quadrado de superfície de metal ori ginal na qual se aplica o MgO, Parece que, em certa medida, um aumento na quantidade de materiais contaminantes diminuirá o tem po de reacção necessário para produzir o compósito cerâmico,mas isso dependerá de factores tais como o tipo de contaminante, o metal original e as condições da reacção.

Quando o metal original for alumínio contami. nado internamente com magnésio e o meio de oxidação for ar ou oxigénio, verificou-se que o magnésio é pelo menos parcialmente oxidado fora da liga a temperaturas que variam de cerca de 820°C a 95O°C. Nesses casos de sistemas contaminados com magnésio, o magnésio forma um óxido de magnésio e/ou fase de espinela de alu minato de magnésio na superfície da liga de alumínio fundido e du rante o processo de crescimento tais compostos de magnésio ficam

- 37 primariamente na superfície de óxido inicial da liga do metal original (isto é, a superfície de iniciação) na estrutura cerâmica em desenvolvimento. Assim, nesses sistemas contaminados com magnésio, produz-se uma estrutura á base de óxido de alumínio separada da camada relativamente fina de espinela de aluminato de magnésio na superfície de iniciação. Quando se desejar, esta superfície de iniciação pode ser facilmente removida por exemplo por rectificação, maquinagem, polimento ou por jacto de areia.

A presente invenção será ilustrada pelos exem pios que se seguem, que são dados a título de ilustração e não como limitaçães.

EXEMPLO 1

Com referência pormenorizada às fig. 1-7,nas quais os mesmos números designam partes semelhantes em todas elas, fabricou-se um corpo cerâmico intrincado por filtração de um pré-molde com uma matriz cerâmica. Como se representa nas fig. 1 e 2, o pré-molde compreendia um conjunto de três componentes de pré-molde fabricados separadamente (10), (12) e (14), que foram ligados entre si com um ligante orgânico (cola de madeira Elmer). Cada um dos três componentes do pré-molde foi mol. dado pelo mesmo processo convencional, no qual se misturam uniformente partículas de carboneto de silício, com uma solução de um ligante orgânico (cola de madeira Elmer e água na proporção de 4 para 1); vazou-se a mistura resultante num molde de borracha silicónica e deixou-se secar ao ar. Cada um dos pré-moldes (10) e (12) compreendiam partículas de carboneto de silício moído de granulometria 500, misturadas com a solução de li- 38 gante orgânico atrás referido antes do vazamento no molde de borracha. 0 componente (14) do pré-molde compreendia partículas de carboneto de silício moído de granulometria 220, processadas de maneira semelhante à dos componentes (1θ) e (12), excepto no que se refere à geometria do molde do pré-molde. Os componentes do pré-molde incluiam duas rodas de espigas (10) e (12),cada uma com 7,6 cm (3”) de diâmetro externo e 4,7 mm (3/16) de espessura tendo um orifício (16) central em forma de buraco de fe, chadura; e um cilindro (14) com 4,1 cm (1,63”) de diâmetro extje rior e 2,87 cm (1,13”) de diâmetro interior e 0,84 cm (0,33 ) de altura. Associaram-se os três componentes rígidos do pré-mol. de ao longo do eixo (a-b) representado na vista em perspectiva com as peças separadas da fig. 1, de modo que a superfície (9) do componente preforma (10) do pré-molde ficou em contacto com a superfície (15) do componente (14) do pré-molde; e a superfície (11) do componente (12) do pré-molde ficou em contacto com a su perfície (13) do componente (14) do pré-molde. A geometria resultante do pré-molde associada designada globalmente por (18), está representada na fig. 2.

Uma placa globalmente rectangular (19) da li. ga de alumínio comercial 380.1 foi usada como metal original.Ess ta liga foi obtida na Belmont Metais Inc. e tinha uma composição em peso identificada nominalmente de 8-8,5 em peso de Si,

2-3 % de Zn e 0,1 $ de Mg como contaminantes activos, e 3,5 % de Cu bem como Fe, Mn e Ni, sendo no entanto o teor de Mg real algumas vezes maior,(por exemplo na gama de 0,17 a 0,18 $),A pia ca (19) media aproximadamente 38,5 cm (15”) de comprimento por 10 cm (4) de largura, por 0,76 cm (0,305.) de espessura e tinha um orifício circular localizado aproximadamente no centro geomé tricô da chapa. Serrou-se ao meio a placa (19) para seccionar este orifício central, de modo a ficarem as cavas semicirculares (20) e (21). A placa cortada (19) foi então montada deslocando as metades da placa (19) no sentido do pré-molde (18), ao longo do eixo (c-d) e encostando-as de modo que toda a superfície externa do componente (14) do pré-molde ficou envolvida pelas cavas (20) e (21) da placa (19). Este orifício central formado agora pelas duas cavas (20) e (21) tinha um diâmetro ligejL ramente maior que o diâmetro exterior do componente (14), do pré-molde para permitir a dilatação térmica da liga durante o processamento. 0 conjunto resultante está representado na fig.4.

Aplicou-se uma camada de barreira (22) de aproximadamente 0,76 mm (0,03”) a 1,52 mm (θ,θ6) de espessura, compreendendo uma pasta de gesso de Paris (Bondex, que continha cerca de 35 %, em peso, de carbonato de cálcio, da Bondex Inc. de St. Louis, MO) a toda a superfície do conjunto representado na fig. 4, exposto à atmosfera. Mas, o espaço (24) entre a placa (19) e os componentes (10) e (12) do pré-molde não foi preen chida com a barreira para permitir a dilatação térmica da liga aquecida. A barreira foi aplicada por pintura das superfícies expostas com a pasta, deixando-se solidificar a barreira (22) e secando-se depois à temperatura ambiente para remover o excesso de humidade. A fig. 5 representa o sistema montado, com a camada da barreira aplicada.

conjunto representado na fig. 5 foi imerso num leito de partículas de alumíná (25) (EI Alundum da Norton Co., granulometria 90 ) que ficou contido no vaso refratário (26). 0 conjunto representado na fig. 6, foi colocado num forno (que era ventilado para permitir o escoamento de ar) a 250°C e aquecido à

- 4θ taxa de 300°C/hora até 1000°C. Manteve-se o sistema a 1000°C du rante 96 horas e removeu-se o conjunto a quente, de modo que a liga de alumínio em excesso pudesse ser vazada enquanto ainda fundida (o que foi realizado partindo uma parte da barreira revestindo a liga e depois drenando o metal fundido).

A barreira de gesso de Paris, desidratada pela temperatura do processo, foi facilmente removida da superfície do conjunto por uma ligeira aplicação de um jacto de areia, sem prejudicar a superfície do corpo compósito.

exame do conjunto revelou que a matriz cerâmica de alfa-alumina (alfa-alumina identificada por análise de difracção de raios X do material) se infiltrou no pré-molde (18) até às superfícies limites revestidas com a barreira mas não em excesso para além daquelas superfícies limites. Além disso, a liga fundida formou uma película de óxido por baixo da ca mada da barreira (22); porém, não houve qualquer crescimento de óxido proveniente do corpo de liga fundido para além desta película de óxido em áreas que estão em contacto com o pré-molde. A película de óxido foi removida facilmente por uma ligeira aplicação de um jacto de areia; nas figs. 7a θ 7b estão representadas fotografias do produto de cerâmica resultante.

presente invento é ilustrativo da utilidade de uma barreira compreendendo gesso de Paris (com carbonato de cálcio) na prevenção do crescimento excessivo de um pré-molde pela infiltração de uma matriz cerâmica, de modo que se obtém uma forma nítida. 0 exemplo presente demonstra, além disso, a capacidade de uma barreira de gesso de Paris para conter eficientemente um corpo fundido de alumínio, diminuindo assim a perda do pre—

- 41 cursor de liga para a oxidação antes da infiltração do pré-molde, minimizando assim a quantidade de precursor de liga necessária para infiltrar completamente um corpo do pré-molde.

EXEMPLO 2

Fabricou-se um compósito cilíndrico com uma superfície interna lisa com a forma de um cadinho fechado numa ex tremidade (medindo 7,6 cm (3”) de comprimento por 2,54αη(1^π) de diâmetro exterior com uma parede de 3 mm de espessura), pelo crescimento de uma matriz cerâmica no interior de um pré-molde de cadinho revestido nas suas superfícies interiores com mm material de barreira.

pré-molde foi fabricado por uma técnica convencional de moldação deslizante. Amassou-se uniformemente uma pasta compreendendo 47,6 %, em peso, de partículas de alumina (E67 Alundum, da Norton, Co., dimensão de 1000 mesh), 23,7 %,em peso, de argila de caolino (EPK, Georgia Kaolin, Union, NJ, 9θ % com dimensão das partículas menor que 20 micrómetros) e 28,5 em peso, de água, e vazou-se num molde de gesso de Paris com a geometria desejada do pré-molde. 0 pré-molde de cadinho foi mo_l dado durante aproximadamente 20 minuto, secou-se a 90°C e depois pré-cozeu-se a 700°C durante 30 minutos no ar. Revestiu-se o pré-molde nas suas superfícies interiores com uma mistura em forma de pasta compreendendo 7'0 %, em peso, de gesso de Paris Bondex e 30 %, em peso, de partículas de dióxido de silício (dimensões 5θ0 mesh), e deixou-se solidificar a camada da barreira e secou-se para remover o excesso de humidade.

Encheu-se parcialmente um vaso refratário com liga de alumínio 380.1 (tendo a mesma composição, identificada nominalmente, que no Exemplo 1) e aqueceu-se até a liga fundir.

Encheu-se o pré-molde com esferas de zircónia (o,95 cm(3/8”) de diâmetro) e colocou-se dentro do vaso refractário cheio de alumínio fundido, de modo que o nível do metal fundido que en volvia o pré-molde cobriu substancialmente a sua geometria ex terior, sem derramar para o interior do cadinho. As esferas de zircónia foram empregadas para dar ao cadinho peso suficiente para vencer a sua flutuação no alumínio fundido e manter assim a superfície externa do pré-molde em contacto com a liga fundida. Colocou-se uma camada de gesso de Paris seco, seguida por uma camada de dióxido de silício no topo da liga de metal fundido para amortecer a oxidação da liga fundida no restante da superfície que está exposta. Colocou-se esta cama da num forno (ventilado para permitir o escoamento de ar), à temperatura de 1000°C, onde se manteve 96 horas.

Retirou-se o conjunto do forno e, depois de ar refecer, retiraram-se o cadinho cerâmico e o excesso de liga circundante fixada, do vaso refractário, retiraram-se as esferas de zircónia e cortou-se transversalmente a peça nas partes superior e inferior, expondo o material compósito. A barreira, desidratada pelas condições da reacção, foi facilmente removida por uma ligeira aplicação de um jacto de areia ao interior da peça cortada transversalmente. 0 exame das superfícies cor tadas transversalmente mostrou a infiltração completa do pré-molde por uma matriz de alfa-alumina (identificada pela análise de difracção de raios X do pó do material) até à camada da barreira no interior do pré-molde, mas não para além daque^ la camada. Com referência à fig. 8, o excesso de alumínio que não reagiu (30) circunda o exterior do corpo compósito cerâmi co (32). A superfície interna (34) do corpo compósito que foi revestida com a camada da barreira, é lisa e não apresenta crescimento excessivo, de modo que se consegue uma alta fideli dade da parede interna. A liga em excesso pode ser removida por fusão e separação da peça cerâmica, sem danificar nem degradar o corpo compósito.

A análise de difracção de raios X do material em pó de barreira mostrou que a composição depois do processo do dispositivo de barreira era predominantemente silicato de cálcio com quantidades mínimas de sulfato de cálcio que não reagiu e dióxido de silício (na forma de alfa-quartzo).

EXEMPLO 3

Fabricou-se um tubo cerâmico compósito em forma de cotovelo, com uma extremidade aberta e uma extremidade fechada, tendo uma superfície externa lisa, pela infiltração de um pré-molde com uma matriz cerâmica.

pré-molde foi produzido por uma técnica de moldação por sedimentação convencional. Preparou-se uma mistura uniforme compreendendo 65 %, em peso, de partículas de alumina de 500 mesh (38 Alundum, da Norton Co.) 30 $, em peso, de partículas de alumina de 200 mesh, (38 Alundum), e 5 $ em peso de partículas metálicas de silício (dimensões de 500 mesh). Amassou-se a mistura com uma solução de um aglomerante orgânico (como se descreveu no Exemplo 1), vazou-se num molde de borracha silicónico e secou-se para consolidar. Retirou-se o pré-molde do molde , removeu-se por secagem a humidade residual e pré-cozeu-se no ar a 1300°C, durante duas horas.

Aplicou-se um material de barreira à superfície exterior do pré-molde, revestindo a superfície com uma camada de aproximadamente 0,2 mm de espessura, de uma mistura de pasta, compreendendo, 50 % ^em peso, de gesso de Paris Bondex e 50 %, em

- 44 peso, de partículas de alumina (38 Alundum, Norton Co., 500 mesh). Deixou-se solidificar e secou-se a camada da barreira para remover o excesso de humidade; e colocou-se o pré-molde revestido num vaso refractário e foi suportado por esferas de alumina refractária (1,27 a 1,9 ^cm (**/2 a 3/4”) de diâmetro), de modo que a extremidade aberta do pré-molde ficou alinhada com as esferas de alumina.

Colocou-se a camada num forno a 1000°C, para aquecer o pré-molde até à temperatura da reacção. Abriu-se o forno e vazou-se a liga de alumínio 380.1 fundida (com a mesms com posição nominal indicada no exemplo 1), na extremidade aberta do pré-molde até ao nível da extremidade aberta, ficando assim toda a geometria interna do pré-molde em contacto com o corpo de liga fundido.

Manteve-se o conjunto a 1000 C durante 96 horas, depois retirou-se do forno ainda quente, e vazou-se o excesso de liga que não reagiu do tubo cerâmico ainda fundida.

Depois de arrefecer o tubo cerâmico, retirou-se a camada da barreira da superfície exterior por una ligeira aplicação de um jacto de areia. Cortou-se o tubo cerâmico transversalmente aproximadamente a cerca de 0,63 cm (¹/4ⁿ) da extremidade aberta. 0 exame do corpo compósito cortado transversalmente mostrou que uma matriz de alfa-alumina (identificada pela análise do pó por difração de raios X) se tinha infiltrado completamente no pré-molde até à camada da barreira exterior. A superfície exterior da cerâmica, representada na fig. 9, que havia sido revestida pela camada da barreira, apresentava uma morfologia lisa sem cres cimento excessivo. A análise após o processo do material da barreira removido mostrou que a composição da barreira era predominantemente oxisulfato de alumínio e cálcio (Ca^Al^O^SO^), estan- 45 do presentes quantidades mínimas de alfa-alumina e sulfato de cál cio que não reagiu, indicando a conversão dos materiais da barreira nas condições do pracesso.

EXEMPLO 4

Fabricou-se uma roda de espigas de cerâmica por infiltração de um pré-molde com uma matriz cerâmica e empregando um material de barreira para controlar a geometria da superfície da roda de espigas.

pré-molde (com as mesmas dimensões e geometria dos componentes (10) e (12) do pré-molde no exemplo 1), foi fabrji cado por uma técnica de moldação por sedimentação convencional, no qual se misturaram uniformemente partículas de carboneto de sí lício de 500 mesh com uma solução de um aglomerante orgânico (como se descreveu no exemplo 1), vazou-se num molde de borracha de silicone e deixou-se consolidar durante 6 horas. Retirou-se a água em excesso da superfície do sedimento e secou-se o pré-molde. Dispersaram-se dois ou três gramas de metal de silício (granulometria 2,0 mesh) uniformemente sobre a face de um disco de liga alumínio 380.1 (com a composição nominal descrita no exemplo 1), medindo 8,9 cm (3 V²”) de diâmetro e 1,27 cm (1/2^H) de espessura. 0 pré-molde rígido foi removido do molde e colocado sobre a face da liga com o silício, de modo que a superfície inferior do pré-molde da roda de espigas (análoga à superfície (9) do pré-molde (10) na fig. 1), ficou em contacto com a face circular da liga.

Revestiu-se todo o conjunto do pré-molde e da liga, em todas as superfícies expostas, com um material de barreira. 0 material de barreira compreendia uma mistura de pasta aquosa de 25 em peso, de gesso de Paris (Bondex), 25 % em peso de cimento (tipo 1 da Keystone, Bath, PA), 25 %, em peso, de dióxido de silício (Crystobalite, da CED Minerais, Ohio, 200 mesh) e 25%,

- 46 em peso, de partículas de alumina (38 Alundum, da Norton, 36 mesh). Aplicou-se a pasta ao conjunto em todas as superfícies ex postas numa camada de 1,6 a 3,2 mm P/16 a V®”) de espessura, dei. xou-se consolidar e depois secou-se para remover o excesso de humidade. Colocou-se o conjunto revestido com a barreira no topo de um leito de partículas de carboneto de silício (24 mesh) contido num vaso refractário.

conjunto anterior foi colocado num forno (que foi ventilado para permitir o escoamento de ar) e aqueceu-se durante 5 horas a 900°C. 0 forno foi mantido a 900°C durante 80 ho ras, e depois arrefecido durante um período de 5 horas. Retirou-se o conjunto do forno e removido do leito. Retirou-se a camada de barreira das superfícies do conjunto por uma ligeira aplicação de um jacto de areia, e separou-se a liga em excesso da roda de espigas de cerâmica. A roda de espigas de cerâmica, representada na fig. 10, não apresentava, substancialmente nenhum cresci mento excessivo pela matriz de alfa-alumina na superfície revestida com o material de barreira. Os poucos pontos isolados de crescimento excessivo na superfície da roda de espigas são devidos a imperfeições no revestimento de barreira (isto é, fissuras ou bolsas de ar) e não são um resultado da penetração da própria barreira.

EXEMPLO 5

Fabricou-se uma roda de espigas de cerâmica pela infiltração de um pré-molde revestido com uma barreira, idêntico ao do exemplo 4, e pelo processo deste exemplo, excepto que o material da barreira compreendia apenas cimento Portland (tipo 1, da Keystone Co.).

Aplicou-se uma pasta aquosa de cimento sob a for

- 47 ma de uma camada de 1,6 a 3,2 mm (^/16 a 7θ) ^ao conjunto do pré-molde de roda de espigas e do disco de liga de alumínio 380.1, como no exemplo 4 (incluindo a camada de silício como aí se descreve). Deixou-se consolidar a camada separadora e secou-se para remover a humidade em excesso. Colocou-se o conjunto revestido num leito de partículas de carboneto silício (24 mesh), contido num vaso refractário, como no exemplo 4. Colocou-se o con junto num forno e aqueceu-se durante um período de 10 horas a 900°C, à qual foi mantido durante 80 horas. Arrefeceu-se o forno durante 5 horas e retirou-se o conjunto . Retirou-se o conjunto revestido do leito, a camada de barreira foi facilmente removi da da superfície do composto cerâmico por uma ligeira aplicação de um jaato de areia e separou-se o excesso de liga da roda dentada compósita cerâmica.

exame do compósito cerâmico resultante mostrou que a matriz cerâmica alfa-alumina se tinha infiltrado no pré-mol. de completamente até à camada de barreira. A camada de barreira de cimento Portland impediu eficazmente o crescimento excessivo dos limites do pré-molde pela matriz cerâmica. A roda de espigas cerâmica compósita está representada 11a fig. 11. Como no exemplo 4, incidências isoladas de crescimento excessivo na superfície da roda de espigas são devidas a imperfeições no revestimento de barreira a não a penetração do mesmo.

EXEMPLO 6

Fabricou-se uma estrutura compósita cerâmica com uma forma cilíndrica, com aproximadamente 8,3 cm (3 ¹/4) de diâmetro e 66 cm (26) de comprimento, empregando-se um dispositivo de barreira cilíndrico para abranger a forma cilíndrica exterior do produto. 0 dispositivo de barreira representado em perspecti

- 48 va com as peças separadas na fig. 12, compreendia uma estrutura de aço inoxidável de três peças (aço inoxidável número 304 com uma composição nominal, em peso, de . 08%C, .2 % An, 1 % Si, .045 % P, .03 % S, 18-20 % Cr, 8-12% Ni» sendo o restante Fe> compreendendo um cilindro perfurado (5θ)» um forro de crivo (52) e uma tampa do fundo (54). 0 cilindro perfurado (5θ) media 8,3 cm (3 ^Ί/4”) de diâmetro interior, e foi construído com aço inoxidável de calibre 22 uniformemente perfurado em toda a sua superfície, com orifícios de 1,58 mm (O,O625^H) de diâmetro, de modo que 40% da área da superfície do cilindro era aberta para difusão de ar. 0 forro de crivo (52) media aproximadamente 8,3 cm (3 Y4*') de diâmetro exterior e 2 mm (θ,θ8θ^π) de espessura e a sua rede tinha orifícios de 0,4 mm (0,016”) de diâmetro, de modo que 3^C % da. sua superfície era aberta para difusão de ar. A tampa do fundo (54) era também feita de aço inoxidável de calibre 22, 0 revestimento de crivo (52) foi empregado para impedir que as partículas de material de enchimento se escapassem através das perfurações maiores na manga exterior durante o processamento.

A barreira de aço inoxidável foi montada ao lon go do eixo (e-f> na fig. 12. Uma barra de alumínio (tendo uma composição de liga, em peso, de 10% de silício e 3% de magnésio), me dindo 66cm (26”) de comprimento e 2,7 cm (1 V16) de diâmetro, com 16 saliências género nervuras nos dois terços centrais do seu com primento, foi coberta uniformemente em toda a sua superfície com uma camada de partículas de dióxido de silício (predominantemente com dimensões 100 mesh ou maiores) empregado como material contaminante e aplicado ao mesmo com um ligante orgânico.

A barra foi colocada longitudinalmente no centro do conjunto de barreira cilíndrico. Encheu-se depois o conjunto com um material de enchimento previamente misturado unifor- 49 /

.....

memente, compreendendo 95 %, ^em peso, de partículas de alumina (E 38 Alundum, da Norton Co., granulometria de 90 mesh) e 5 em peso, de dióxido de silício (predominantemente com granulome tria de 100 mesh ou maior) envolvendo e suportando assim a barra de alumínio.

Colocou-se o sistema anterior num vaso refractário, sobre a sua tampa inferior. Colocou-se o conjunto resultante num forno (ventilado para permitir o escoamento do ar), e aqueceu-se durante 10 horas al250°C. 0 forno foi mantido a 1250°C durante 225 horas, e depois arrefecido durante 30 horas e retirou-se o conjunto.

exame do material compósito resultante mostrou um cilindro cerâmico, compreendendo uma matriz alfa-alumina, embebendo o material de enchimento de alumina, possuindo as dimensões exteriores da barreira de aço inoxidável e uma cavidade interior que reproduz a forma do conjunto de metal original pr£ cursor. Devido a ter sido usado uma barreira para a moldação do corpo cerâmico cilíndrico, a rectificação apenas foi necessária para obter uma superfície lisa no cilindro cerâmico. Na ausência de uma barreira, o produto cerâmico teria uma forma irregular, pelo que necessitaria de maquinagem e rectificação extensivas.

EXEMPLO 7

Fabricou-se um bloco cerâmico compósito por infiltração de uma matriz .cerâmica num pré-molde moldado, que foi revestido por uma barreira para manter o crescimento da matriz cerâmica dentro das dimensões do pré-molde.

pre-molde, medindo 12,9 cm (2 polegadas )por 1,27 cm (¹/2) de espessura, foi fabricado por uma técnica de mojL dação de sedimentação convencional, no qual se vazou pasta aqu£

-50sa compreendendo 98%, em peso, de partículas de carboneto de silício (uma mistura uniforme de 7θ%, em peso, de partículas de granulometria 500 e 30%, em peso, de partículas de granule^ metria 220), 1,75%, em peso, de um latex existente no mercado (Cascorez Latex EA-4177, da Bordon Co.) e 0,25%, em peso, de álcool polivinílico num molde de borracha silicónica, no qual se deixou assentar. Retirou-se a água em excesso da parte superior do sedimento e secou-se o pré-molde ao ar. Cozeu-se o pré-molde seco a 1250° C durante 24 horas numa atmosfera de ar.

Um disco circular de liga de alumínio 380.1 (tendo a mesma composição nominal especificada no exemplo 1), medindo 7,6 cm (3) de diâmetro 1,27 cm (1/2) de espessura, tinha uma camada de 2 gramas de metal silício (-20 mesh) uniformemente dispersado na face circular superior e colocou-se o pré-molde no topo dessa face.

Revestiu-se o conjunto descrito do pré-molde e do disco de liga com a referida camada na sua periferia (isto é, todas as superfícies do pré-molde e do disco excepto as superfícies do pré-molde e do disco em contacto), com uma pasta aquosa compreendendo silicato de cálcio (Vansil W10, da R. T. Vanderbilt, Norwalk, CT), de modo que o revestimento encaj) sulou completamente este conjunto. Secou-se o revestimento bem como a barreira e enterrou-se o conjunto encapsulado pela barreira em partículas de carboneto de silício (granulome^ tria 24), contidas no vaso refractário, de modo que a superfície quadrada superior revestida do pré-molde ficou exposta à atmosfera e substancialmente alinhada com o plano do leito.

Colocou-se o conjunto anterior num forno e

-51aqueceu-se durante 5 horas a 900°C. 0 forno foi mantido a 900°C durante 100 horas e depois arrefecido durante 5 horas, altura em que se retirou o conjunto do forno.

Retirou-se do leito o conjunto revestido com a barreira e separou-se a barreira do conjunto por aplicação li^ geira de um jacto de areia. 0 exame do conjunto mostrou que a matriz cerâmica compreendendo alfa-alumina, formada pela oxidação do disco de alumínio, se tinha infiltrado no pré-molde até à periferia deste estabelecida pela barreira. 0 crescimento excessivo acidental isolado do pre^nolde foi atribuído a imperfej. ções no revestimento de barreira e não a penetração da composição da dita barreira.

EXEMPLO 8

Produziu-se um corpo de cerâmica com dimensões rectangulares definidas por um dispositivo de barreira feito de aço inoxidável (AISI 304, calibre 22), dentro de uma estrutura rectangular. Referindo em pormenor as fig.13a e 13b, nas quais os mesmos números designam partes semelhantes, uma caixa rectan guiar aberta nas extremidades, indicada como dispositivo de bar reira (79) θ constituída por duas paredes laterais rectangulares (8o) e (84), medindo 24,1 cm (9 l/2)de comprimento por

6,35 cm (2 1/2) de largura, duas paredes laterais rectangulares (82) e (88), medindo 11,4 cm (4 1/2) de comprimento por

6,35 cm (2 1/2) de largura, e uma superfície superior perfura da (86) medindo 24,1 cm (9 1/2) de comprimento por 11,4 cm (4 1/2) de largura, com furos (87) cobrindo uniformemente a sua superfície para permitir a ventilação de ar. Colocou-se a barreira dentro de um forno e aqueceu-se no ar a 1000°C, duran

- 52 te 24 horas e retirou-se denois do forno. Como resultado do aquecimento, o dispositivo de barreira ficou revestido na sua superfície por uma camada de óxido.

Colocou-se cada uma de duas barras rectangulares de liga de alumínio 380,1 (com a mesma composição identi ficada nominalmente no exemplo 1), medindo 22,8 cm (9”) de com primento por 10,1 cm (4”) de largura por 3,81 cm (1 1/2») de espessura, em leitos separados (96) de partículas de alumina (EI Alundum, da Norton, granulometria 90 mesh), contidos em va sos refractários separados (98), de modo que uma face de 22,8 cm (9) por 10,1 cm (4») ficou exposta à atmosfera e substancialmente alinhada com o leito de partículas de ilumina, e as cinco superfícies restantes ficaram submersas no leito. Dispersaram-se dois gramas de um material contaminante de dióxido de silício uniformemente sobre a superfície exposta de 22,8 cm (9”) por 10,1 cm (4») de cada barra. Fazendo agora referência em especial à fig. 13b, a barreira foi colocada sobre uma das barras de alumínio embebidas (9θ) de modo que as bordas marginais (91) das quatro paredes laterais ficaram submersas no leito de parti cuias de alumina até aproximadamente a profundidade da barra de liga, envolvendo assim a barra de liga mas sem estar eia contacto com a barra. Envolveu-se depois a barreira com mais partículas de alumina (EI Alundum, como atrás), de modo que as superfícies exteriores das paredes laterais ficaram substancialmente submer sas no leito (96) contido no vaso (98), e ficando o espaço (94) entre a superfície (90) da barra de liga (88) e a face interior da superfície superior (86).

As duas barras de alumínio embebidas, uma. delas revestida pela barreira mencionada anteriormente (como se mostra na fig. 13b), foram colocadas dentro de um forno (que era ventilado para permitir o escoamento de ar) e aquecidas du rante 10 horas a 1080 graus centígrados. 0 forno foi mantido a 1080°C durante 55 horas e depois arrefecido durante 10 horas, sendo no fim desse tempo, os vasos contendo as barras embebidas removidos do forno.

Retiraram-se os corpos cerâmicos formados dos respectivos leitos de alumina, e removeu-se a barreira de um dos corpos cerâmicos contidos, 0 exame do corpo cerâmico (102) fabricado com a barreira mostrou que o corpo se formou no espaço (94) e que foi limitado pelas paredes laterais da barra, resultando assim um corpo cerâmico com uma periferia rectangular definido pela periferia da barreira. (Ver a figc14). Mas o crescimento do corpo cerâmico não alcançou completamente a superfície superior da barreira e, consequentemente, a superfície superior do corpo cerâmico não ficou assim definida. A fig. 14 também mostra o outro corpo cerâmico (lOO) resultante da oxidação da liga de alumínio mencionada anteriormente, no ar, sem barreira, e apresentando uma superfície irregular resultan te do crescimento não limitado.

presente exemplo demonstra a utilidade de um dispositivo de barreira, para definir as dimensães de um componente cerâmico relativamente grande, fabricado pela oxida ção do alumínio no ar, tendo como consequência^assim,uma diminuição substancial do processamento pós-fabricação para obter uma forma desejada.

EXEMPLO 9

Preparou-se um bloco de pré-molde de carbone-

to de silício, com granulometria 5θ0, θ associou-se depois com liga de alumínio 380.1, como no exemplo 7. Este conjunto foi revestido em todas as superfícies (excepto na interface entre o pré-molde e a liga) com um material de barreira de cinza de ossos de tipo cerâmico (fosfato tricálcico da Hamil and Gilles^ pie, Znc., Livingston, Nj). Secou-se a barreira e embebeu-se depois o conjunto em partículas de carboneto de silício de gra nulometria 24, contidas num vaso refractário com o topo do pré -molde revestido exposto à atmosfera. Aqueceu-se o conjunto no ar, a 900°C, durante 5 horas, manteve-se a 900°C, durante 100 horas, e depois arrefeceu-se durante 5 horas e retirou-se do forno.

Retirou-se o conjunto revestido de barreira do leito, e removeu-se algum crescimento excessivo que ocorreu na interface entre a liga e o pré-molde por percussão ligeira. Retirou-se a barreira do produto compósito por meio de um jacto de areia. 0 exame do produto mostrou que o pré-molde foi In filtrado por uma matriz cerâmica, compreendendo alfa-alumina, até à periferia estabelecida pela barreira.

Claims

Reivindicações

1,- Processo para a produção de um corpo cerâmico autossuportado, por oxidação de um metal original para formar um material policristalino constituído essencialmente por (1) o produto da reacção de oxidação do dito metal original com um oxidante incluindo um oxidante em fase de vapor, e, optativamente, (2) um ou mais constituintes metálicos, caracterizado por compreender as fases de: (a) provisão de pelo menos uma parte do dito metal original com uma barreira, pelo menos parcialmente afastada do dito metal original, para estabelecer pelo menos uma superfície do corpo cerâmico; (b) aquecimento do dito metal original a uma temperatura superior ao seu ponto de fusão mas inferior ao ponto de fusão do produto da reacção de oxidação, para formar um corpo de metal fundido, e à dita temperatura (i) a reacção do dito metal fundido com o dito oxidante, para formar o dito produto da reacção de oxidação, (ii) a manutenção de pelo menos uma parte do dito produto da reacção em contacto com e entre o dito metal fundido e o dito oxidante, para transportar o metal fundido através do produto da reacção de oxidação no sentido da referida barreira e em contacto com o dito oxidante, de modo que o produto da reacção de oxidação continua a formar-se na interface entre o oxidante e o produto da reacção de oxidação formado anteriormente, e (iii) a continuação da dita reacção até â referida barreira, para produzir o dito corpo cerâmico sendo a dita superfície estabelecida pela referida barreira.
2.- Processo para a produção de uma estrutura compósita de cerâmica autossuportada que compreende uma massa de material de enchimento infiltrada por uma matriz cerâmica obtida pela oxidação de um metal original para formar um material de matriz policristalino, sendo o referido material de matriz policristalino constituído essencialmente por (1) o produto da reacção de oxidação do dito metal original, com um ou mais oxidantes, incluindo um oxidante em fase de vapor e, optativamente, (2) um ou mais constituintes metálicos, caracterizado por compreender as fases de:

(a) aquecimento do dito metal original a uma temperatura superior ao seu ponto de fusão, mas inferior ao ponto de fusão do produto da reacção de oxidação, para formar um corpo de metal fundido, (b) estabelecimento do contacto de uma zona da dita massa de mate rial de enchimento com o dito corpo de metal fundido, tendo a dita massa de material de enchimento pelo menos uma superfície definida por uma barreira pelo menos parcialmente afastada da dita zona de contacto, de modo que a formação do dito produto da reacção de oxidação ocorrerá no interior da dita massa de material de enchimento e no sentido da referida barreira e, ã dita temperatura (í) a reacção do dito metal fundido com o dito oxidante, para formar o dito produto da reacção de oxidação (ii) a manutenção de pelo menos uma parte do dito produto da reacção de oxidação em contacto com e entre o dito metal fundido e o dito oxidante, para transportar progressivamente o metal fundido através do produto da reacção de oxidação no sentido do oxidante, de modo que o produto da reacção continua a formar-se na interface entre o dito oxidante e o produto da reacção de oxidação anteriormente formado que se infiltrou na dita massa de material de enchimento, e (iii) a continuação da dita reacção até ã referida barreira, para produzir a dita estrutura compósita cerâmica, com a dita superfície estabelecida pela referida barreira.
3.- Processo para a produção de um corpo compósito cerâmico de forma desejada, compreendendo um pré-molde infiltrado por uma matriz cerâmica obtida pela oxidação de um metal original para formar uma matriz policristalina, sendo a dita matriz policristalina constituída por (1) o produto da reacção de oxidação do dito metal original, com um ou mais oxidantes, incluindo um oxidante em fase de vapor e, optativamente, (2) um ou mais constituintes metálicos, caracterizado por compreender as fases de: (a) aquecimento do dito metal original a uma temperatura superior ao seu ponto de fusão, mas inferior ao ponto de fusão do produto da reacção de oxidação para formar um corpo de metal fundido, (b) provisão de um. pré-molde moldado com. pelo menos uma superfície definida por uma barreira, sendo o referido pré-molde permeável ã infiltração pelo dito produto da reacção de oxidação, (c) estabelecimento do contacto de uma zona do referido pré-molde com o dito corpo de metal fundido, estando a dita superfície do referido pré-molde afastada da dita, zona de contacto, de modo que a for mação do dito produto da reacção de oxidação ocorrerá no interior do referido pré-molde e no sentido da dita superfície, e à dita temperatura (i) a reacção do dito metal fundido com o dito oxidante para formar o dito produto da reacção de oxidação, (ii) a manutenção de pelo menos uma parte do dito produto da reacção de oxidação em contacto com e entre o dito metal original e o dito oxidante, para transportar progressivamente o dito metal fundido através do dito produto da reacção de oxidação no sentido do oxidante, de modo que o produto de oxidação continua a formar-se na interface entre o dito oxidante e o produto da reacção anteriormente formado que se infiltrou no referido pré-molde e (iii) a continuação da dita reacção até que a dita matriz policristalina se tenha infiltrado no referido pré-molde até à referida barreira para produzir o dito corpo compósito de cerâmica e tendo uma configuração do referido pré-molde e a dita superfície estabelecida pela dita barreira.
4. - Processo de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por a referida barreira em contacto com o metal origi nal fundido transportado ser substancialmente não molhável pelo dito metal original fundido transportado.
5. - Processo de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por a referida barreira em contacto com o dito metal fundido transportado reagir com o dito metal original fundido transportado, para impedir substancialmente o transporte do dito metal original fundido através do dito produto da reacção de oxidação .
6. - Processo de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por a referida barreira ser escolhida no grupo constituído por sulfato de cálcio, silicato de cãlcio, cimento portland, fosfato tricálcico, ou misturas dos mesmos.
7. - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a referida barreira incluir além disso, um material volátil para tornar a referida barreira permeável nas condições do processo .
8. - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a referida barreira incluir além disso um material de enchimento .
9, - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o referido material de enchimento estar sob a forma de partículas e possuir substancialmente o mesmo coeficiente de dilatação que o do referido material de enchimento ou do referido pré-molde.
10. - Processo de acordo com as reivindicações 8 ou 9, caracterizado por o referido material de enchimento ser alumina.
11. - Processo de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por a referida barreira compreender sulfato de cálcio e um material escolhido no grupo constituído por carbonato de cálcio ou sílica.
12. - Processo de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por o dito metal original ser um metal original de alumínio.
13. - Processo de acordo com as reivindicações Ί, 2 ou 3, caracterizado por a referida barreira compreender aço inoxidável ou uma cerâmica densa.
14. - Processo de acordo com as reivindicações 1_f 2 ou 3, caracterizado por o dito metal original ser escolhido no grupo conjs tituído por silício, titânio, estanho, zircónio e háfnio.
15. - Processo de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por o dito oxidante incluir pelo menos um oxidante sólido ou um oxidante líquido ou uma combinação de um oxidante sólido e um oxidante líquido, incorporado no dito material de enchimento ou no referido pré-molde.
16. - Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o dito oxidante sólido ser escolhido no grupo constituído por sílica, boro ou boretos redutíveis.
17. - Processo de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por o dito oxidante ser escolhido no grupo constituído por um gás contendo oxigénio, um gás contendo azoto, um halogéneo, enxofre, fósforo, arsénio, carbono, boro, selénio, telúrio, uma mistura de metano, etano, propano, acetileno, etileno, propileno, sílica, e uma mistura de CO/CC^ ou misturas dos mesmos.
18. - Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por o dito oxidante ser um gás contendo oxigénio.
19. - Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por o dito oxidante compreender um gás contendo azoto.
20. - Processo de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterízado por o dito material de enchimento ou o dito pré-molde compreender um material escolhido no grupo constituído por corpos ocos, material em partículas, pós, fibras, fios emaranhados, esferas, bolhas, lã de aço, chapas, agregado, fios, barras, plaquetas, bolas, tubos, tecido de fibras refractárias, túbulos ou misturas dos mesmos.
21. - Processo de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizado por o dito material de enchimento ou o referido pré-molde compreender um material escolhido no grupo constituído por um ou mais óxidos simples de um metal escolhido no grupo constituído por alumínio, cério, hãfnio, lantânio, neodímio, praseodímio, samário, escândio, tório, urânio, ítrio e zircónio.
22. - Processo de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizado por o dito material de enchimento ou o referido pré-molde compreender um material escolhido no grupo constituído por um ou mais dos seguintes: óxido de alumínio, carboneto de silício, oxinitreto de alumínio e silício, óxido de zircónio, titanato de bário, nitreto de boro, nitreto de silício, aluminato de magnésio, liga de alumínio-crómio-ferro, e alumínio, e misturas dos mesmos.
23. - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o referido pré-molde incluir materiais escolhidos no grupo constituído por sílica, carboneto de silício e alumina.
24. - Processo de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por os ditos materiais terem dimensões das partículas de cerca de 10 mesh a 1000 mesh.
25. - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o referido pré-molde compreender uma fibra de carbono revestida .
26. - Processo de acordo com a reivindicação 25, caracteriza do por a. dita fibra de carbono ser revestida com alumina.
27. - Processo de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por incluir uma fonte de contaminante utilizada em conjunto com o dito metal original.
28. - Processo de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por se ligar pelo menos uma das ditas fontes de contaminante a um metal original.
29. - Processo de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por se aplicarem uma ou mais das ditas fontes sob a forma de uma camada sobre a superfície do dito metal original e por incluir a formação do produto da reacção de oxidação até substancialmente para além da profundidade da dita camada de fonte de contaminante aplicada.
30. - Processo de acordo com a reivindicação 27, caracteriza do por incluir a provisão de pelo menos uma fonte de contaminante pelo menos parcialmente no interior do dito material de enchimento ou do referido pré-molde.
31. - Processo de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por a dita fonte de contaminante compreender uma fonte de dois ou mais dos elementos seguintes: magnésio, zinco, silício, germânio, estanho, chumbo, boro, sódio, lítio, cálcio, fósforo, ítrio, e um metal das terras raras.
32. - Processo de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por o dito metal das terras raras ser escolhido no grupo constituído por lantânio, cério, praseodímio, neodímio e samãrio.
33. - Processo de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por o dito material policristalino incluir além disso uma superfície de iniciação de uma espinela formada sob a forma de um produto da reacção de oxidação do dito metal original da dita fonte de contaminante e do dito oxidante.
34. - Processo de acordo com. a reivindicação 33, caracterizado por o dito contaminante compreender magnésio ou uma fonte de magnésio e o dito metal original ser um metal original de alumínio.
35. - Processo de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por o dito metal original ser alumínio e incluir pelo menos uma fonte de contaminante, ligada com o dito metal original e pelo menos uma fonte contaminante aplicada na superfície do dito metal original.
36. - Processo de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado por o dito metal original ser metal original de alumínio utilizado em conjunção com uma fonte de contaminante, por o dito oxidante ser ar e a dita, fase de aquecimento ter lugar a uma temperatura compreendida entre 850°C e 1450°C, e poro dito produto da reacção de oxidação ser alumina.