專利名稱:內(nèi)有通道的陶瓷制品及其制造方法
本發(fā)明主要涉及自支承陶瓷體及其制造方法，包括各種復合陶瓷體，該陶瓷體具有一條或幾條反復制出成型的散逸金屬幾何形狀的孔道。
本申請的主題與1986年1月15日提交的和未決的美國專利申請系列818，943有關(guān)，系列號為818，943的申請是1985年9月17日提交的系列號為776，964申請的部分繼續(xù)申請，系列號776，964的申請是1985年2月26日提交的系列號為705，787申請的部分繼續(xù)申請，系列號為705，787的申請又是1984年3月16日提交的系列號為591，392申請的部分繼續(xù)申請。所有申請的暑名為Marc S.Newkirk等人，題目為“新型陶瓷材料及其制造方法”。這些申請普遍地披露了利用一種特定的氧化反應去氧化一種母體金屬前體制造自支承陶瓷體的方法。通過把一種摻雜劑熔合到母體金屬的方式可以增強這種氧化反應，通過母體金屬氧化反應產(chǎn)物生長制得具有希望大小的自支承陶瓷體。
正如1986年1月27日提交的共同所有和未決的美國專利申請系列號822，999披露的那樣，把外摻雜劑施加到母金屬前體表面可以改善上述的氧化方法，系列號為822，999的申請是1985年9月17日提交的系列號為776，965申請的一個部分繼續(xù)申請，系列號為776，965的申請是1985年6月25日提交的系列號為747，788申請的一個部分繼續(xù)申請，系列號為747，788的申請又是1984年7月20日提交的系列號為632，636申請的一個部分繼續(xù)申請。所有申請的暑名為Marc S.Newkirk等人，題目為“制造自支承陶瓷材料的方法”。
使用上述氧化方法制造埋置一種或幾種填料的自支承陶瓷體是在1986年1月27日提交的共同所有和未決的美國專利申請系列819，397披露的，該申請的題目是“復合陶瓷制品及其制造方法”，它是1985年2月4日提交的系列號為697，878申請的一個部分繼續(xù)申請，題目是““復合陶瓷制品及其制造方法”。這兩篇申請都是以Marc S.Newkirk等人名義提交。這些未決申請披露了由一種母體金屬氧化反應產(chǎn)物長入一種滲透性的填料可制備一種自支承陶瓷復合體的新方法。然而得到的復合體沒有確定或預定的幾何構(gòu)型。
利用氧化反應產(chǎn)物滲入一個預成型的填料即滲入預成型的填料并到它的界面的方法獲得了為陶瓷體提供一個確定的或預定構(gòu)型的可能性，即能夠使一個陶瓷體生長成為預定的尺寸和預定的形狀。這一技術(shù)披露在1986年5月8日提交的共同所有和未決美國專利申請系列861，025中，該申請的暑名為Marc S.Newkirk等人，題目為“定型的陶瓷復合體及其制造方法”。
上述方法的進一步的改進能夠形成其中含有一個或幾個空穴的自支承陶瓷結(jié)構(gòu)，這些空穴反形復制了定型前體母金屬的陽模形狀，母金屬是埋置在一種適合的填料床中，該填料在特定條件下至少是部分地自結(jié)合的，這正如在共同所有和未決的美國專利申請系列823，524描述的那樣，該申請是1986年1月27日提交的，暑名是Marc S.Newkirk等人，題目為“制造陶瓷復合制品的反形復制方法以其制品”。對上述方法的另外的發(fā)展還能形成具有反形狀的自支承陶瓷體，反形狀可反復制埋置在填料體中母體金屬前體的正圖樣。這正如在1986年8月13日提交系列號為896，157的共同所有和未決美國專利申請上描述的那樣，該專利申請的暑名是Marc S.Newkirk，題目為“制造/帶反形復制表面的陶瓷復合制品的方法及其制品”，在這兩篇未決申請中，空穴反形制出母體金屬的幾何形狀。
上述未決專利申請中所有披露內(nèi)容特以參考資料形式列入本申請。
在某些應用中，人們對用陶瓷代替金屬感興趣。因為就陶瓷的特性而言，一些陶瓷優(yōu)于金屬，然而在制造這種替代品中也存在一些已知的限制和困難。比如標度的通用性，制造復雜形狀的可能性，如何滿足最終應用所要求的性能和費用問題。在上述未決專利申請敘述的系列克服了許多這類的限制和困難并提供了可靠的制造陶瓷材料，包括陶瓷復合體的新型方法。
系列號為823，542(同上)未決專利申請敘述的發(fā)明緩解了形成具有復雜內(nèi)部空腔形狀，特別是具有凹腔形狀陶瓷體的一些困難。因為產(chǎn)生所需部件幾何形狀的內(nèi)模在利用它生成陶瓷體后不易脫除，所以采用常規(guī)或已知的模壓和燒結(jié)粉狀顆粒方法對于制造這類形狀的陶瓷產(chǎn)品是不適用的。雖然有時可用機加工成型的方法，把一個毛坯加工成所需部件形狀，但由于費用過于昂貴而很少采用。
本發(fā)明依然是提供一個生產(chǎn)內(nèi)含一個或幾個內(nèi)部通道陶瓷體的方法，該發(fā)明是提供一個生產(chǎn)體內(nèi)有一個或多個孔道、通道、空腔或類似的構(gòu)造自支承陶瓷體的方法，這類空腔結(jié)構(gòu)可反形復制出已逃散金屬的幾何形狀或模型。這種陶瓷體采用以下方法制得，用一種氧化劑氧化母體金屬形成一種多晶材料，該材料主要包括氧化反應產(chǎn)物和一種或幾種金屬組份，包括來自易逃逸金屬的金屬成分，它們在陶瓷體形成時擴散到上述的陶瓷體中。按照本發(fā)明的方法，將一個成?；虺赡５囊咨⒔饘俳M合件與母金屬適當組配，使得母體金屬的氧化反應產(chǎn)物的生長或發(fā)育至少淹沒一部分成形的易散逸金屬。把母體金屬加熱到超過它的熔點低于氧化產(chǎn)物熔點之間的一個溫度，而形成母體金屬熔體，在這一溫度下，熔融的母金屬和氧化劑作用生成氧化反應產(chǎn)物，在這一溫度下至少有一部分氧化反應產(chǎn)物保持和熔融母金屬和氧化劑接觸并處于兩者之間，通過氧化反應產(chǎn)物不斷抽吸熔融的母金屬最后達到成形短效金屬周圍，隨著氧化反應在氧化劑和以前形成的氧化反應產(chǎn)物界面上繼續(xù)進行而把散逸金屬淹沒起來。反應進行足夠長的時間至少把一部分的成形散逸金屬淹沒在多晶材料中，被淹沒的短效金屬擴散進入多晶材料形成一條或多條實際上反形復制成形的短效金屬幾何形狀的孔道。
在本發(fā)明的另外實施方案中，通過安放母金屬鄰接一種可透性的填料體和調(diào)節(jié)母金屬和填料彼此之間排列方向，使氧化反應產(chǎn)物朝填料方向生成并進入填料體，用這種方法對上述方法加以改善用來生產(chǎn)一種自支承陶瓷復合體，該復合體內(nèi)有一條或多條孔道。在這種情況下，用填料床支撐已成形的短效金屬，氧化反應產(chǎn)物的生長的同時滲入填料并淹沒了已成形的散逸金屬，而散逸金屬擴散到復合陶瓷體中。這里希望給成形的散逸金屬加一種涂層來防止散逸金屬因熔融而過早的熔化或過早的凹陷，由于熔化而失去預定的模型或構(gòu)型。還可以進一步地選擇一種涂層，當散逸金屬擴散時涂層在孔道壁上形成一個襯里從而增強了陶瓷體的性能。
本發(fā)明的另一方面，是制備了一種自支承陶瓷體或陶瓷復合體，其內(nèi)部含有一條或幾條反形復制了成形散逸金屬形狀的孔道，如上所述它們是利用一種母金屬的氧化現(xiàn)象得到。
本發(fā)明另一個特殊的方面包括從一種或幾種鐵、鎳、鉻和鉻合金以及它們的一種或幾種金屬間化合物中選用一種金屬作為散逸金屬。
概括地說，本發(fā)明把未決專利中的工藝和一些新思想結(jié)合起來，利用一種技術(shù)能夠比較精確地反復制出散逸金屬模的近似大小和近似構(gòu)型，也就是復制出一種金屬的符合要求形狀的預制結(jié)構(gòu)，該金屬可以擴散進入母金屬氧化反應產(chǎn)物組成的多晶材料。利用這種技術(shù)保證生成具有一條或幾條孔道的陶瓷體，其中包括一些復雜的通道，這些復雜的通道具有相互連通的，方向變化的，急劇轉(zhuǎn)向的以及其他的復雜構(gòu)型。當散逸金屬擴散進入多晶材料中時，就留下了一條或幾條反復制它從前形狀的孔道。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)在陶瓷體中制得符合希望形狀的內(nèi)部通道和外通道比利用常規(guī)方法或用鉆，磨及其他類似加工手段從一陶瓷毛坯制備符合所希望的形狀要容易得多。
對本說明書和所附權(quán)利要求
中使用的術(shù)語作如下定義“陶瓷”不能不適當?shù)睦斫鉃榻?jīng)典意義的陶瓷體，也就是說，經(jīng)典意義上的陶瓷是完全由非金屬材料和無機材料組成的。相反，這里的陶瓷體是指在組成或主要特性方面主要是陶瓷的物料，雖然這種物體可能含有少量的或相當大量的一種或幾種金屬成分，該金屬成分來自母體金屬或來自氧化劑或一種摻雜劑的還原產(chǎn)物，按體積計算金屬成分最典型的含量在大約1-40%之間，也可能含有更多的金屬。
“氧化反應產(chǎn)物”通常是指一種或多種處于任何氧化狀態(tài)的金屬，其中金屬給出電子或與另一元素化合物或它們的組合物共享電子。據(jù)此，“氧化反應產(chǎn)物”包括一種或幾種金屬和本申請中述及的氧化劑的反應產(chǎn)物。
“氧化劑”是指一種或多種合適的電子受體或電子共享體，在本工藝條件下它們可以是固體，液體或氣體(蒸氣)或它們的某種組合(例如，固體和氣體的組合)。
“母體金屬”是指金屬，例如鋁，該金屬是多晶氧化反應產(chǎn)物的前體。其中包括比較純的金屬，市售的含有雜質(zhì)和/或合金成分的金屬，或一種金屬前身為其主要成分的合金。當把一種特定的金屬例如鋁稱為母金屬時，應當按照這一定義去理解，除非在上下文中另有說明。
“散逸金屬”是指一種金屬化合物或合金。一旦它們被生長著的多晶氧化反應產(chǎn)物淹沒，散逸金屬就擴散進多晶材料中而遺留下一個在大小和形狀上與散逸金屬以前占據(jù)空間基本一致的孔道。當然散逸金屬可以具有任何希望的或有用的構(gòu)型，形態(tài)或形狀，如空心體、顆粒、粉末、纖維、線、球、泡沫、金屬毛、板、聚合體、條、棒、片晶、小球、管、金屬絲織物，海綿、細管和薄片等形態(tài)。
“孔道”或“一些孔道”是用來泛指一種未填充的空間、空腔、通道或類似物，在一個合適的或構(gòu)型符合要求的塊體或坯體中，它們的尺寸不一定均一，也不局限于管狀構(gòu)型。
圖1是一張正視圖的斷面示意圖，表明一種母金屬前體和一種成形的散逸金屬彼此相鄰地放在一種粒狀填料床中構(gòu)成的一個組合件，組合件裝入一個耐高溫的容器中。
圖2是一張稍微放大比例的，成形的母金屬前體和成形的散逸金屬構(gòu)成的一個組合件的平面圖，該散逸金屬就是圖1組合件中使用的散逸金屬。為了使圖解說明清楚，省略了填料。
圖3是沿圖1中的3-3線繪制的剖面圖。
圖4是一張進一步放大比例的，從圖1組合件制備的自支承陶瓷體的透視圖，圖中用剖視圖的輪廓線說明形成的一些內(nèi)通道，它們構(gòu)成了一個通道網(wǎng)絡。
圖5、6和7分別是例1、2和3中陶瓷復合材料橫截面的顯微照片。
圖8是一張?zhí)沾蓮秃象w的顯微照片，該陶瓷體內(nèi)部有一些用本發(fā)明的方法制造的孔道，一條由后面照亮的孔道說明了圖上孔道的連續(xù)性。
在本發(fā)明的實施中，母金屬是作為母金屬和成形散逸金屬組合件的一部分提供的。散逸金屬被加工成一定的形狀或一定的模型而提供一種構(gòu)型，該構(gòu)型就是要在陶瓷體內(nèi)以一條或幾條通道的形式反復制的構(gòu)型。利用本發(fā)明的下述方法，能夠在陶瓷材料生成和生長時在陶瓷體中反形復制出各種復雜的形狀，如反形制一種通道網(wǎng)絡。術(shù)語“反形復制”一詞是用本發(fā)明方法制備的陶瓷體內(nèi)的孔道是由陶瓷體的內(nèi)表面所界定的并且基本上與工藝中使用的成形的易散金屬的形狀相同?？梢酝ㄟ^一種合適的方法或手段，使成型陶瓷金屬具有合適的構(gòu)型。例如，可以用一種合適的金屬絲做成一種金屬絲網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡就限定了通道網(wǎng)絡要求的形狀，大小和位置，同樣，一種塊狀金屬，比如一個棒，一個薄片，一條或一片金屬也可以被適當?shù)丶庸せ蜍堉瞥尚枰臉?gòu)型，或者對成形散逸金屬進行澆鑄、模壓、擠壓或別的成型處理使它具有某種幾何形態(tài)，該形態(tài)就是陶瓷體中形成的孔道需要的幾何形態(tài)。一般地成型陶瓷金屬元件長度尺寸超過它們橫截面厚度的尺寸。這樣，如采用金屬絲當作成形散逸金屬能夠制備出帶有非常窄和非常細的開口的陶瓷體。成形的散逸金屬可以由一塊或幾塊經(jīng)過一種或幾種方法和方式已加工成合適形狀的金屬構(gòu)成，當將其放置于填料床中，或?qū)⑵浒卜诺门c母金屬前體相鄰時，由母金屬氧化而生長著的多晶材料將淹沒成形散逸金屬，出現(xiàn)這種情況后，散逸金屬滲入填料或至少滲入一部分的填料。
選擇材料和反應條件以使得多晶材料不長入和占據(jù)成形散逸金屬占據(jù)的空間，但又能淹沒成形散逸金屬，然后成形散逸金屬擴散到周圍的多晶材料里。無論散逸金屬是熔入，熔合，擴散進入多晶材料或者是與多晶材料或多晶材料的某些組分發(fā)生其它的反應，其結(jié)果都是成型散逸金屬最終遷移出它開始占據(jù)的空間或體積，并遷移到淹沒它的多晶材料坯體中。這樣就遺留下一個成形的孔道，該孔道實質(zhì)上反復制了成形散逸金屬的幾何形狀。因此，本發(fā)明提供了一個非常方便的方法，用對成形散逸金屬進行定形或加工處理來代替對陶瓷體進行鉆鑿或其他的機加工處理，便能夠在制備的陶瓷體內(nèi)生成孔道的幾何形狀。
為了提供一個母金屬源，母金屬前體可以為任何合適的或方便的形狀，例如，塊體、平板、棒條或其他的形狀。對于生成希望的孔道來說，沒有必要要求母金屬具有任何特定的形狀或構(gòu)型。相對成形散逸金屬來說，只要母金屬足以把成形散逸金屬或把希望的那一部分散逸金屬淹沒在由母金屬氧化形成的多晶材料長大的塊體中就可以了。母金屬可以從鋁、鋯、鈦、錫和硅中選取。
實施本發(fā)明利用的填料可以是一種或幾種符合要求的各種各樣的材料。例如，填料可以由散粒材料，比如一種難熔金屬氧化物如氧化鋁的細粒組成，也可以為纖維或晶須狀、或為纖維棉絨狀的材料，例如陶瓷纖維。填料也可以由兩種或多種這類幾何構(gòu)型的組合物構(gòu)成。例如細小顆粒和纖維的一種組合物。只是要求填料的物理形態(tài)允許把成形散逸金屬放在填料床或填料塊體之上或之中，以及在本發(fā)明下述的氧化反應條件下，當需要氧化劑與母金屬接觸時填料對氧化劑和氧化反應產(chǎn)物應是可透過的。在使用一種氣相氧化劑時，為了能使氧化劑和填料塊體中的熔融母金屬接觸并氧化它們，填料對氧化劑必須是可透過的。
在本發(fā)明的實施中，成形散逸金屬和母金屬前體的組合件是通過把成形散逸金屬和母金屬放置得彼此相鄰接的方式制備的。必要時可以用任一合適的方式支撐這些元件，例如把成形散逸金屬支撐在填料床上或部分或全部支撐在填料床中。填料床也可以和母金屬坯體相接觸，也可以部分或全部地把母金屬坯體圍封起來。填料是可有可無的，不用填料也可以把成形散逸金屬和母金屬彼此相鄰的放在一起。在任何一種情況下，把組合件加熱到高于母金屬的熔點而低于氧化反應產(chǎn)物熔點的一個中間的溫度。加熱形成了一個熔融母金屬體或一個熔融母金屬池，熔融的母金屬暴露在上述溫度范圍內(nèi)的一種氧化環(huán)境中。熔融母金屬與氧化劑反應形成了由氧化反應產(chǎn)物組成的多晶材料，于是開始把成形散逸金屬埋入正在生長的多晶材料中。至少有一部分氧化反應產(chǎn)物保持與熔融母金屬和氧化劑接觸并處于兩者之間，因此當熔融母金屬繼續(xù)暴露在氧化劑中時，熔融的母體金屬不斷地被抽吸到氧化反應產(chǎn)物中并通過氧化反應產(chǎn)物與氧化劑接觸，造成多晶材料在先生成的氧化反應物和氧化劑之間的界面上繼續(xù)生長。隨著氧化反應產(chǎn)物的不斷生長，如有填料存在，氧化反應產(chǎn)物將滲入填料，并淹沒成形散逸金屬。這種過程一直進行到生長著的多晶材料已經(jīng)淹沒成形散逸金屬，或?qū)⒊尚紊⒁萁饘傺蜎]到一個選定的部位，被淹沒的成形散逸金屬隨后擴散到多晶材料中去。
按照本發(fā)明制備陶瓷體的多晶材料，除了含有嵌入的某種填料外，還可含有一種或幾種金屬成分，比如母金屬中沒有氧化的一些成分，也可以含有一些空穴，或二者兼而有之，具體情況決定于進行氧化反應的條件，至少在成形散逸金屬原先占有的空間的附近或其區(qū)間內(nèi)，多晶材料還含有成形的散逸金屬擴散的一些成分。在這些多晶材料中，氧化反應產(chǎn)物由一些相互連接的微晶，最理想地是三度空間相互連接的微晶組成，金屬成分或摻雜物，或空穴也可能至少是部分的相互連接著。
散逸金屬可能是由熔點大約和生長溫度相同或低于生長溫度的一種金屬組成，不過在這種情況下，散逸金屬復制的重現(xiàn)精度可能會因在氧化反應條件下，成形散逸金屬由于過早熔化或軟化發(fā)生形變而受到損害。然而這種過早熔化或軟化對成形散逸金屬精確反復制性能的有害影響可以通過用一種床坯或給成形散逸金屬涂上一層耐高溫的涂層支撐住金屬模的方式加以避免或改善。例如，成形散逸金屬有一種自粘連或可燒結(jié)材料細涂層，這種材料可以粘附在金屬上面，使得在達到一定的高溫時，涂層粘結(jié)或燒結(jié)而生成一種堅固的外殼把成形散逸金屬包封起來。這種包層或外殼應該是可透過的以使散逸金屬擴散到氧化反應產(chǎn)物中，這種包層可以是能夠在多晶材料中進行擴散的或與多晶材料無法區(qū)別的一種材料。
成形散逸金屬過早軟化或熔化對成形散逸金屬反復制造成有害影響的問題可以通過選用熔點高于氧化反應充分進時的溫度的一種金屬或合金作散逸金屬而加以減少。當采用一種鋁母金屬時，熔點高于生成氧化反應產(chǎn)物時的溫度的合適的散逸金屬包括，例如以商標為FECRALLOY，KANTHAL和CABOT214出售的鐵-鉻-鋁合金，這些商標為聯(lián)合王國原子能管理局，坎賽股份有限公司(Kauthal Corporation)和卡伯特公司(Cabot Compang)的注冊商標。
在某些情況下，為了改善或改變壁的性質(zhì)希望孔道壁有一個襯里。做到這一點可以用一種合適的材料涂鍍成形散逸金屬，然后該材料被所形成的孔道鄰近區(qū)域的陶瓷體淹沒并結(jié)成一個整體。另外也可以選擇這樣一種涂層，它與熔融的母金屬反應生成一種例如氧化物的化合物，這種氧化物可作為孔道的襯里。在氧化反應條件下，帶有涂層的散逸金屬將擴散到多晶材料中并進入孔道的鄰近區(qū)域，而涂層材料形成一種襯里。選擇的涂層材料能提供一個有希望特性如耐腐蝕性的襯里。例如，可以用不反應的粉粒，如碳化硅、氧化鋁或類似物的粉粒涂鍍成形散逸金屬。生長著的多晶材料可透過粉粒淹沒散逸金屬，從而為孔道形成一個襯里，該襯里由一種嵌入粉粒的多晶材料基質(zhì)構(gòu)成。另外，也可以用一種可以被母金屬還原的活性化合物，如一種氧化物涂鍍成形散逸金屬。用一種合適的粘合劑，例如涂敷一種由有機粘合劑和氧化物粉粒形成一種糊劑，為了達到希望的厚度可以施行一次或多次涂敷。例如，當在空氣中用氧化一種鋁母金屬制備α-氧化鋁多晶材料時，可以用一種能被熔融鋁母金屬還原的氧化物例如氧化鉻，涂敷于散逸金屬如Kanthal合金(一種鐵鉻鋁合金)。氧化鉻可能是由于和鋁母金屬中的一種或幾種金屬反應，而明顯地被還原成金屬鉻，并擴散進入陶瓷體。件隨氧化鉻的還原而形成了氧化鋁，結(jié)果陶瓷體內(nèi)的孔道壁上襯里主要是氧化鋁。這樣一種技術(shù)也可以和一種或幾種上面討論那樣的惰性粉粒結(jié)合起來使用，例如，混合氧化鉻和氧化鋁的粉粒，把這種混合物的涂層施加到散逸金屬上。由此可見對成形散逸金屬施加涂層不僅可以用來為孔道壁提供一個襯里，還能用來引進一種或幾種組分，這些組分的本身或作為反應產(chǎn)物的成分能擴散到陶瓷體中，它們并不局限在孔道壁襯里的區(qū)域。
下面參看附圖，圖1示出一個耐高溫的容器2，比如一個剛玉的容器，容器中裝有填料床4，其中埋置一種成形散逸金屬6，X-X平面下面是粉粒惰性材料的支撐床8，該惰性材料在制備條件下，對母金屬來說是不可浸潤的，對反應產(chǎn)物的生長來說是不能透過的。例如，在鋁母金屬處于適中的反應溫度下，支撐床8可以由諾頓公司(Norton Compong)生產(chǎn)的E1氧化鋁的粉粒構(gòu)成。埋在填料床4和放在支撐床8上面的是母體金屬10，母金屬10可以是任何合適的形狀，正如圖1、2和3中說明的實施方案表明的那樣，通常是有一個上表面11，一個相對的底表面13和若干側(cè)面的矩形，平板構(gòu)型。
在舉例說明的實施方案中，成形散逸金屬6由園形截面的散逸金屬絲的組合件構(gòu)成。參看圖1、2和3，金屬絲12有一個墊圈15，固定在鄰近它的自由端，金屬絲12的直徑大于金屬絲14的直徑，而金屬絲14直徑大于16a、16b、16c、16d和16e任一個金屬絲的直徑，而16a-16e的直徑相同，如圖3所示，金屬絲14實際上和母金屬10的上平面11平行。雖然在圖3中只能看到金屬絲16a，它只是16a-16e中的一根金屬絲，絲12與上平面11不平行，而在相對于從絲12自由端到與絲14的接點方向上，絲12安放得向上傾斜。16a-16e的每個金屬絲的一端都與絲14相連接，單個的金屬絲可以用某種合適的粘接劑，用某種機械連接方法或用某種合適的金屬連接技術(shù)，比如低溫焊接，釬焊或熔接的方法將它們接連起來。另外，成形散逸金屬6或它的一些線段可以進行澆鑄或做成一個整個體件。下面將會意識到成形散逸金屬可以組裝成任何合適的希望形狀。例如，可以把一個或幾個金屬絲弄彎，成形散逸金屬可以包括或由各種成形的金屬另件，例如園盤、立方體、橫切面為園形、橢園形或多邊形的柱體，或者象帶螺絲、帶槽溝或帶齒的等另件組成。例如，一個合適散逸金屬做成的線圈彈簧可用來在陶瓷體內(nèi)部形成一種螺旋狀的通道。把成形的金屬片和做成螺管狀，園圈狀，直線形或彎曲的金屬線按照希望的方式組合起來制備希望構(gòu)型的一種或幾種孔道。
把圖1中的組合件加熱到足以熔融母金屬10(并氧化母金屬10)，但不熔化成形的散逸金屬6或不能熔化母金屬生成的氧化反應產(chǎn)物溫度范圍內(nèi)的某個溫度。一種氣相氧化劑透過填料床4，在所述的溫度范圍內(nèi)與熔融母金屬相接觸并氧化熔融的母金屬，從這里生長出氧化反應產(chǎn)物。例如當母金屬是一種鋁母金屬時，氧化反應溫度可以在大約800℃到1450℃，最好是從大約900℃到1350℃，用空氣或另外的含氧氣體作氧化劑，生成的氧化反應產(chǎn)物是α-氧化鋁。抽吸熔融的母金屬通過形成的氧化反應產(chǎn)物形成一個陶瓷體，該陶瓷體生長到圖1中短劃線5所標明的范圍。隨著反應的進行，成形散逸金屬6被多晶材料淹沒。這一反應一直繼續(xù)到生長的多晶材料滲透至少一部分的周圍填料4床體和全部或近于全部的成形散逸金屬6。為了能夠看見陶瓷體中金屬絲的配置情況，可以方便地把線12和16a-16e的未稍統(tǒng)統(tǒng)都延伸超過母金屬氧化制備的陶瓷體的生長范圍。散逸金屬擴散到淹沒它的多晶材料里，于是成形散逸金屬6遷移離開它從前占據(jù)的空間，同時留下了一個空穴或孔道。我們不希望受任何理論或推測的束縛，成形的散逸金屬6好象在氧化反應條件下能夠留存足夠長的時間，多晶材料的生長被局限在成形的散逸金屬的周圍，就這樣，一旦易散金屬擴散掉，這些實際上反復制出成形的散逸金屬6的形狀的的孔道就留在陶瓷體內(nèi)。或者更精確地說，這些孔道反復制了已經(jīng)擴散了的成形散逸金屬6的以前的形狀，成形散逸金屬6每個元件或每一部分的尺寸至少是近似地等于陶瓷體內(nèi)形成的孔道尺寸。
在反應完成時，希望母金屬基本上被完全氧化，以免母體金屬和易散金屬6的多晶材料包層(和一些填料4)堵塞孔道。將組合件冷卻，把圖1中用虛線5標出大小尺寸的生成的陶瓷復合體和留在容器2內(nèi)多余的填料(如果有的話)分開。這些多余的填料或其一部分由于在反應溫度下自身熔合可能形成一種凝固體。然而即使發(fā)生部分的燒結(jié)，利用砂磨、噴砂、破碎或類似的方法很容易把多余的填料從陶瓷復合體上除去。一種經(jīng)濟的技術(shù)是利用一種適合作填料或適合作填料的一個組分的材料粉粒作為磨料(砂粒)進行噴砂處理，清除的填料或磨料在后來的操作中還可以重新用作填料。在很多情況下都要對含有一個或幾個孔道的陶瓷復合體進行機加工，拋光或另外的成形技術(shù)處理使其具有希望的外形。例如，象圖4所示，陶瓷復合體18機加工成一個扁平的矩形體的塊體，它有一個上表面20，前表面22，后表面24。陶瓷復合體18內(nèi)形成的孔道是由相互連接的一些園形的通道12組成，有凹槽15，連接到一個支管通道14上，支管通道14′又和16a′，16b′，16c′，16d′和16e′一系列的排放通道連接，每一排放通道的一端都通向前表面22，通道12′的一端通到陶瓷體18的后表面24。下面將要看到，各種通道的形狀反復制了成形散逸金屬6的形狀。除了附加一撇的標志外，這些通道的編號和他們反復制的各金屬線相同。因而陶瓷體18是一個非常適于作為流體的噴頭或分配器使用的部件，通過通道12′引入流體和通過16a′-16e′的通道進行分配，而無需鉆通陶瓷體18就可以對這些通道進行精確地定位和確定它們的大小。利用適當?shù)募夹g(shù)措施使陶瓷體長成所需大小和形狀代替光讓陶瓷體長到一個近似的形狀，然后再把它機加工成一個完美外形的方法。比如利用一種象上面驗證過的未決專利申請系列861，025詳細描述過的一種預成形填料能夠使陶瓷體生長成希望的大小和形狀，利用這種技術(shù)避免了對陶瓷體進行廣泛的磨制或機加工的必要性。
在有些場合希望，陶瓷體生長完全淹沒散逸金屬模，因此不形成通到外表面的孔道。能夠把陶瓷產(chǎn)品打通，例如可以對其進行切割，磨制，斷開，機加工等處理，至少使其中的一條孔通到或暴露到表面上。
根據(jù)本發(fā)明制造的一個自支承陶瓷復合體適于當作流體排放噴頭、噴絲頭、計量嘴或類似的部件用以調(diào)節(jié)或促進一種流體，例如一種液體、氣體、熔融的金屬、多聚物、樹脂等的流動和通過。這里以及權(quán)利要求
中使用的“流體排放噴頭”泛指任何類型的噴頭，例如液體的噴射或排放噴頭，擠壓噴頭，在人造纖維或人造絲的熔噴或抽絲中使用的那些噴嘴等。而“噴絲頭”是指在玻璃纖維或人造有機多聚體纖維熔料紡絲中通常使用的一種特殊的噴頭。根據(jù)組成流體流動通道的一個或幾個孔道要求的構(gòu)型和大小來對散逸金屬進行成形和確定在填料中的位置。通過對散逸金屬成形處理，使得形成的孔道到陶瓷復合體一個或幾個表面的方法或是通過對在內(nèi)部已經(jīng)生成了希望孔道的復合體進行開孔的后處理打開一個或幾個孔道，可以使陶瓷體中形成的孔道具有一個入口和一個出口，所謂對陶瓷復合體的“開孔”是指對陶瓷進行任何的機加工、切制、磨制、鉆、斷裂等處理，為陶瓷體的一個或幾個孔道提供出入口。本發(fā)明能制造具有一種復雜流體通道的陶瓷復合部件。例如按照本方法可以制造的一種制品，該制品把若干條入口孔道結(jié)合成較少幾條或單獨一條出口孔道;或者反過來把來自單一入口孔道的流量分到若干個出口孔道中去，正如在內(nèi)燃機的燃料噴射器的噴嘴，或適用于擠壓多聚物纖維的噴絲頭中看到的那樣。同樣，利用使散逸金屬成為特定的形狀也可以在入口和出口孔道之間產(chǎn)生錯綜復雜的通道，這些通道，例如可以提供一個混合室，為了混合幾個入口孔道供給的不同流體。
雖然以鋁作為母金屬為例，對該發(fā)明的實施方案做了詳細的描述，但不應限制對其他符合本發(fā)明標準的包括硅、鈦、錫、鋯和鉿等一些合適母金屬的使用。例如，本發(fā)明的具體實施方案有當鋁作為母金屬時，α-氧化鋁或氮化鋁作為氧化反應產(chǎn)物;當鈦作為母金屬時，氮化鈦作為氧化反應產(chǎn)物;當硅作為母金屬時，而碳化硅作為氧化反應產(chǎn)物。
可以采用一種固體、液體或氣態(tài)的氧化劑，或這些氧化劑的一個混合物。例如，典型的氧化劑非限制地包括氧、氮、一種囟素、硫、磷、砷、碳、硼、硒、碲和它們的化合物和混合物。比如，二氧化硅(作為氧源)，甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、乙烯和丙烯(作為碳源)，以及一些象空氣，H2/H2O和CO/CO2的混合物，后兩種混合物(即H2/H2O和CO/CO2)用于降低環(huán)境氧的活性。因此，本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)除了其他成分之外，可以含有由一種或幾種氧化物、氮化物、碳化物、硼化物和氧氮化物構(gòu)成的氧化反應產(chǎn)物。更準確地說，氧化反應產(chǎn)物可以是一種或幾種氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、硼化硅、硼化鋁、氮化鈦、氮化鋯、硼化鈦、硼化鋯、碳化鋯、碳化鋯、氮化硅、硅化鉬、碳化鈦、碳化鉿、硼化鉿和氧化錫。
雖然僅以使用氣相氧化劑對本發(fā)明的具體實施方案做了說明，但任何合適的氧化劑都可采用。如果一種氣體或蒸氣氧化劑即氣相氧化劑被用來制造一種埋置于一種填料的陶瓷體，使用的填料對氣相氧化劑來說是可透過的，使得當填料床暴露到氧化劑中時，氣相氧化劑就穿過填料床與里邊的熔融母金屬相接觸?！皻庀嘌趸瘎币辉~是指一種蒸發(fā)出來的或通常是氣體的物質(zhì)，它們提供一種氧化性的氣氛，最好是在常壓下。例如在鋁是母金屬，氧化鋁是希望的氧化反應產(chǎn)物的情況下，氧或含氧的氣體混合物(包括空氣)是較理想的氣相氧化劑。由于顯而易見的經(jīng)濟原因，一般情況下空氣是最理想的。當我們把某一氧化劑看作是含有或由一種特定的氣體或蒸氣組成時，這就意味著在使用的氧化環(huán)境條件下，在氧化劑中所指的氣體或蒸氣是母金屬唯一的，主要的或至少是一種有效的氧化劑。例如，雖然空氣的主要成分是氮，但由于氧是比氮顯著強的氧化劑，所以空氣中的氧是母金屬唯一的氧化劑。因此空氣在“含氧氣體”氧化劑的定義范圍之內(nèi)，而不屬于“含氮氣體”氧化劑的范圍。一個“含氮氣體”氧化劑的實例是合成氣體，含有96%體積的氮和4%體積的氫。
當采用一種固體氧化劑時，通常是把氧化以散粒的方式和填料混合或作為填料顆粒的一種涂層分散到整個的填料床中，或分散到與母金屬鄰近的一部分填料床中?？梢圆捎萌魏我环N合適的固體氧化劑，這包括象硼或碳那樣的元素，或可還原的化合物，象二氧化硅或熱力學穩(wěn)定性比母金屬的硼化物反應產(chǎn)物低的某種硼化物。例如，當使用二氧化硅作為一種鋁母金屬的固體氧化劑時，生成的氧化反應產(chǎn)物是氧化鋁。
在一些情況下，使用固體氧化劑的氧化反應可以進行的如此之快，由于反應過程的放熱特性致使氧化反應產(chǎn)物熔化，這種情況能降低陶瓷體微觀結(jié)構(gòu)的均勻性。把反應活性比較低的惰性填料摻入配方中能夠避免或緩和這種快速的放熱反應。這類合適的惰性填料的一個實例是一種和給定的氧化反應產(chǎn)物相同的材料。
如果采用一種液體氧化劑，用氧化劑浸透整個的填料床或與母金屬相鄰的一部分填料床。所謂的液體氧化劑系指在氧化反應條件下是一種液體，所示一種液體氧化劑也可能有一個固體的前身，比如一種在氧化反應條件下熔融的鹽。當然液體氧化劑也可以有一個液體的前身，如某種物質(zhì)的一種溶液，該溶液通過浸沒方式用來浸漬一部分填料或全部填料，在氧化反應條件下熔化或分解提供合適作氧化劑的那一部分。這種意義的液體氧化劑的例子包括一些低熔點的玻璃。
如果要使用填料時，該填料或可由單獨的一種材料或由兩種或多種材料的混合物組成，而且它們不會擴散到多晶材料中去。一種合適的填料包括具有下面特性的化學物質(zhì)，它們在工藝流程的溫度和氧化條件下不揮發(fā)，是熱力學穩(wěn)定的，不和熔融的母金屬反應也不過分的溶于熔融的母金屬。已知的許多材料由于符合這些標準對工藝是有利的。例如，在使用鋁母金屬和使用空氣或氧氣作為氧化劑的情況下，這類的材料包括單一金屬的氧化物如鋁，Al2O3;鈣，Ca O;鈰，Ce O2;鉿，Hf O2;鑭，La2O3;鋰，Li2O;鎂，Mg O;釹，Nd2O3;鐠，各種鐠的氧化物;釤，Sm2O3;鈧，Sc2O3;釷，Th O2;鈾，UO2;釔，Y2O3和鋯，Zr O2。此外，許多二元的，三元的和高級金屬化合物如鋁酸鎂冰晶石Mg O·Al2O3也包括在這種穩(wěn)定耐高溫的化合物之內(nèi)。
第二類合適的填料或填料組分是一些在較理想的實施方案中氧化和高溫環(huán)境中并沒有固有的穩(wěn)定性，但由于比較慢的降解反應的動力學性質(zhì)，它們可以作為一種填料引入到生長著的陶瓷體中。一個實例是碳化硅，如果這種材料不形成一種氧化硅的保護層覆蓋在碳化硅的顆粒上阻止碳化硅的進一步氧化的話，該材料在根據(jù)本發(fā)明，用氧或空氣氧化鋁要求的條件下將會完全氧化掉。氧化硅的保護層也能防止碳化硅粉粒燒結(jié)或防止它們自身熔合或與填料的其他成分熔合。
第三類的合適填料是一些象碳纖維一類的材料，無論根據(jù)熱力學或動力學的性質(zhì)都不能預期它們在實施本發(fā)明要求的氧化環(huán)境中或?qū)⑵浔┞对谂c較佳實施方案有關(guān)的熔融金屬中還能保存下來，但是如果1)形成的環(huán)境比較不活潑，例如用H2/H2O或CO/CO2作為氧化性氣體，或2)對碳纖維施加一種涂層，例如氧化鋁的涂層，使得填料在氧化環(huán)境中或與熔融金屬接觸中成為動力學上非反應性的，這樣就能使纖維與本發(fā)明的工藝條件相匹配。
正如未決專利申請中說明的那樣，摻雜材料和母金屬結(jié)合使用，在某些情況下對氧化反應過程能夠產(chǎn)生好的作用，特別是在使用鋁作為母金屬的系統(tǒng)中更是如此。摻雜劑的功能或幾種功能是由摻雜劑本身以外的各種因素決定的。例如，這類因素包括有當使用兩種或幾種摻雜劑時，這些摻雜劑的特定的組合，與一種和母金屬熔合的摻雜劑結(jié)合外部施加摻雜劑，摻雜劑的濃度，氧化環(huán)境和工藝條件。
和母金屬一起使用的一種或幾種摻雜劑(1)可以當作母金屬的一個合金成分提供，(2)可以施加到至少一部分母金屬的表面上，或(3)可以施加到或摻進一部分或全部的填料原材料或其預制件中，或者把(1)，(2)和(3)中的兩種或多種技術(shù)結(jié)合起來加以使用。例如，一種合金摻雜劑可以單獨使用或和第二種外部施加的摻雜劑結(jié)合一起使用。在技術(shù)(3)的情況下，是把輔助摻雜劑或某些摻雜劑施加到填料原材料上，這可以按照未決專利申請中說明的任何合適的方式完成這種施加操作。
正如下面敘述的那樣，對鋁母金屬有效的，特別是用空氣作氧化劑時有效的摻雜劑包括鎂、鋅和硅。或者單獨使用或彼此結(jié)合一起使用或與另外的摻雜劑結(jié)合一起使用?？梢园堰@些金屬或一個合適的金屬源熔合到鋁基母金屬中去，其中每種金屬的濃度按生成摻雜后金屬總量計算，重量百分數(shù)大約為0.1-10。這些摻雜金屬或他們的一種合適的源如Mg O，Zn O可以從外部施加給母金屬。對于鋁-硅合金作母金屬，使用空氣作氧化劑，使用Mg O作一種表面摻雜劑可以得到一種氧化鋁的陶瓷結(jié)構(gòu)。Mg O的量高于大約每克被氧化母金屬0.0008克，并且在施加Mg O的母金屬的表面上，Mg O數(shù)量高于大約每平方厘米表面0.003克。
另外的對用空氣氧化鋁母金屬有效的摻雜劑材料的實例包括鈉、鍺、錫、鉛、鋰、鈣、硼、磷和釔，可以單獨使用，也可以與一種或幾種摻雜劑結(jié)合一起使用，這決定于氧化劑和工藝的條件。稀土元素如鈰、鑭、鐠、釹和釤也是有用的摻雜劑，特別是與另外摻雜劑結(jié)合起來使用時更是如此。象在未決的專利申請中說明的那樣，所有的摻雜劑材料都能有效地促進鋁基母金屬體系中多晶氧化反應產(chǎn)物的生長。
用本發(fā)明的技術(shù)制得的陶瓷復合體結(jié)構(gòu)通常是一種致密的，凝聚塊體。除去孔道以外，復合體結(jié)構(gòu)總體積大約5%到大約98%是由一種或幾種埋置在多晶基質(zhì)材料中的填料成分構(gòu)成。當母金屬是鋁時，多晶基質(zhì)材料通常的構(gòu)成如下，按重量(多晶材料的重量)計算，相互連接的α-氧化鋁的重量大約60%到98%，母金屬和散逸金屬的不氧化成分的重量(基數(shù)相同)大約1%到40%。
列舉下面幾個例子說明本發(fā)明明顯方面的實際應用。
例1按照本發(fā)明制造的一種陶瓷復合體在其結(jié)構(gòu)內(nèi)具有螺旋狀的孔道。使用的散逸金屬是一種市售的金屬線(Kanthal A，購自坎賽股份有限公司(Kabthal Corporation)，有一種合金的組成，按重量計算5%Al，22%Cr，0.5%Co，剩余部分為Fe，熔點大約為1510℃，直徑為0.032英寸)，將上述一股金屬線繞制成一個大約1英寸長，直徑為7/8英寸的線圈，在氧的氣氛和1200℃下把線圈加熱36小時在其表面上生成一氧化物層。取下卷制好的線圈并將其繞到一種鋁合金(380.1號)的圓柱狀料坯上(購自貝爾蒙特金屬公司(Belmont metals)，其標定技術(shù)指標為按重量計算8-8.5%Si，2-3%Zn，和0.1%Mg作為活性摻雜劑，和3.5%Cu以及同樣數(shù)量的Fe，Mn和Ni，剩余部分為Al，但我們發(fā)現(xiàn)Mg的含量有時高到0.17-0.18%)。該坯料的長度為1英寸，直徑為7/8英寸，繞圈的繞制從坯料的一端開始而終于坯料的另一端。把繞上線圈的坯料放到氧化鋁的填料床中(38氧化鋁，購自諾頓公司(Norton，Co)，90目)，填料裝在一個耐熔的容器中，以使坯料的一個圓形面稍微高出填料床的水平面。在填料床的上面鋪一層氧化鋁粉料(El氧化鋁，購自諾頓(Norton)公司，90目)覆蓋住露出來的坯料表面，該粉料在被鋁的氧化反應產(chǎn)物埋置的工藝溫度下實際上是不熔的。把這個裝置放到加熱爐中，在5小時內(nèi)把爐子加熱到1050℃，在空氣中爐溫在1050℃維持48小時，在另外5小時內(nèi)冷卻降溫。從爐中取出裝置，回收陶瓷復合體，該復合體由埋置在氧化鋁填料床成分中的鋁的氧化反應產(chǎn)物構(gòu)成。從復合體的表面除去多余的未埋置的填料原材料，剖開陶瓷復合體的斷面展現(xiàn)生成的螺旋狀的孔道，孔道具有散逸金屬線圈的幾何形狀。圖5是一張放大100倍的陶瓷復合體橫截面的顯微照片。如圖5所示，散逸金屬擴散離開了原來的位置從而生成了孔道。形成孔道的直徑為0.0035英寸，散逸金屬線和形成的孔道直徑上的細微差別是由于金屬線受熱膨脹和復合體受冷收縮之間的差異造成的。
例2根據(jù)本發(fā)明制造的一種在其結(jié)構(gòu)中含有4條基本上平行的孔道的陶瓷復合體，使用的散逸金屬由4段鎳線構(gòu)成(純度為99.9975%，熔點為1453℃)，大約4英寸長，直徑1mm。把一個長4 1/2英寸，寬2英寸，厚1/2英寸與例中使用的相同的鋁合金380.1的鋁棒放到一個和例1中相同的耐熔氧化鋁粉料(El Alundum)，購自諾頓，90目)的床中，使一個4 1/2×2英寸的表面露在大氣中，基本上與耐熔填料床齊平。在暴露出來的鋁合金的表面頂部放一層大約1/4英寸深的氧化鋁填料(38氧化鋁，購自諾頓公司，90目)。把4根鎳金屬絲大體相互平行地放在填料層上部，使得它們近似等舉例地平行于下優(yōu)鋁合金棒4 1/2×2英寸的表面。然后用一層同樣的氧化鋁填料材料(38氧化鋁)把這些線覆蓋住。把這個裝置放到加熱爐中，在空氣中5小時內(nèi)把爐子升溫到1080℃，爐溫在1050℃保持48小時，在5小時的期間內(nèi)冷卻降溫。從加熱爐中取出該裝置，回收生成的陶瓷復合，該陶瓷體由埋在氧化鋁填料材料中的鋁的氧化反應產(chǎn)物構(gòu)成。為了說明替代鎳金屬生成的孔道情況將回收陶瓷復合體的斷面剖開。圖6是一張?zhí)沾蓮秃象w橫截面的照片，表明在其結(jié)構(gòu)中有4條平行的孔道，對每條孔道的直徑進行測量，直徑為1.06mm。
例3除了散逸金屬線是由例1使用的Kanthal A材料組成，并在其表面涂上一層Cr2O3(和聚乙烯醇混合作為一種施加的賦形劑，涂一薄層)，然后再涂上一層膠體二氧化硅和氧化鋁粉粒(38氧化鋁，購自諾頓公司，500目)的混合物之外，本例中的裝置和操作步驟都與例2敘述的一模一樣。在例2描敘的相同的時間范圍內(nèi)加熱該裝置，回收生成的復合體。制取回收復合體的剖面來展現(xiàn)形成的孔道。圖7是一張放大50倍的顯微照片，顯示了散逸金屬從原來的位置基本消耗掉而形成的一條孔道。此外，顯微照片還顯示了由涂層生成的，和孔道基本上是同軸的環(huán)狀襯里。根據(jù)掃描電子顯微鏡對襯里的分析，襯里實質(zhì)上是氧化鋁，圖7上顯示的孔道的直徑為0.035英寸。
權(quán)利要求
1.一種制造自支承陶瓷體的方法，該陶瓷體內(nèi)有一條或多條反復制一種成形的散逸金屬幾何形狀的孔道，通過氧化一種母金屬生成一種多晶材料而制得該陶瓷體，多晶材料主要由(ⅰ)上述母金屬和一種氧化劑的氧化反應產(chǎn)物和(ⅱ)上述散逸金屬中含有的一種或幾種金屬成分組成，該方法的步驟如下a.放置上述成形的散逸金屬與上述的母金屬彼此鄰接，使得形成的上述氧化反應產(chǎn)物將至少淹沒一部分上述成形的散逸金屬；b.把母金屬加熱到高于其熔點但又低于上述氧化反應產(chǎn)物的熔點之間的某一溫度生成一個母金屬的熔體，在該溫度下，(1)熔融的母金屬和上述氧化劑反應生成上述的氧化反應產(chǎn)物，(2)保持至少一部分的氧化反應產(chǎn)物與熔融金屬體和氧化劑接觸并處于二者之間，以使熔融母體金屬不斷透過氧化反應產(chǎn)物并移向氧化劑和成形易散金屬，以便在氧化劑和先前形成的氧化反應產(chǎn)物的界面上形成新的氧化反應產(chǎn)物，(3)上述反應繼續(xù)一個足夠時間至少一部分的成形的短效金屬淹沒在上述的多晶材料中，散逸金屬擴散到多晶材料和同時形成了一個或多個反復制出成形散逸金屬被淹沒那部分幾何形狀的孔道，和(4)回收上述陶瓷體。
2.一種制造自支承陶瓷體的方法，在該陶瓷體內(nèi)有一條或多條反復制一種成形的散逸金屬幾何形狀的孔道，該陶瓷體由(1)通過母金屬氧化生成多晶材料得到的陶瓷基質(zhì)，多晶材料主要組成為(ⅰ)母金屬和氧化劑的氧化反應產(chǎn)物，(ⅱ)包括在散逸金屬成分中的一種或幾種金屬成分組成，和(2)被上述基質(zhì)滲透的一種填充料組成，該方法的步驟如下(a)安放由上述填料支撐的成形的散逸金屬和母金屬相互接鄰，使生成的氧化反應產(chǎn)物將滲透填料并淹沒至少一部分的成形散逸金屬，上述填料在需要氧化劑與熔融母金屬相接時，對氧化劑是可透過的，它對氧化反應產(chǎn)物的生長來說也是可透過的，(b)把母金屬加熱到超過它的熔點而低于氧化反應產(chǎn)物熔點之間的一個溫度生成母金屬的熔體，在該溫度下(1)熔融的母金屬和氧化劑反應生成氧化反應產(chǎn)物，(2)保持至少一部分的氧化反應產(chǎn)物與上述的金屬熔體和氧化劑相接觸和處于二者之間，通過氧化反應產(chǎn)物逐漸朝氧化劑和成形的散逸金屬方向抽提熔融的母金屬連續(xù)在氧化劑和以前形成的氧化反應產(chǎn)物之間的界面上形成氧化反應產(chǎn)物，(3)繼續(xù)上述反應一個足夠長的時間到至少一部分成形的散逸金屬淹沒在多晶材料里，從而使散逸金屬擴散到多晶材料中并同時生成了一條或幾條反復制出成形散逸金屬被淹沒那部分幾何形狀的孔道，和(4)把生成的陶瓷復合體和可能有的剩余填料分離開來。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，成形的散逸金屬的熔點要高于在(b)步驟中的反應溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，母金屬是一種鋁母金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，氧化劑是一種氣相氧化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的方法，氣相氧化劑由一種含氧氣體組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，成形的散逸金屬從一組包括鐵、鎳、鉻和它們的合金及金屬間化物中選取。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，成形的散逸金屬由一條或幾條組成一種網(wǎng)絡的金屬線組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求
2的方法，填充料從一組包括空心體、粉粒、粉末、纖維、晶須、球體、泡沫、毛、板、凝聚體、線、棒、條、片晶、小球、管狀物、耐熔的纖維織物、細管或它們的混合物的材料中選取。
10.根據(jù)權(quán)利要求
2或9的方法，填料由一種材料構(gòu)成，此材料從一組包括一種或幾種氧化鋁，碳化硅、硅鋁氧氮化物、氧化鋯、硼化鋯、氮化鈦、鈦酸鋇、氮化硼、氮化硅和它們的混合物的材料中選取。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，母金屬是一種鋁的母金屬，所說的溫度在大約850℃和1450℃之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11的方法，溫度在大約900℃和1350℃之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12的方法，氧化劑是空氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，母金屬是鋁母金屬，并進一步包括一種和該母金屬結(jié)合一起使用的摻雜劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14的方法，摻雜劑由鎂或鋅或兩者兼而有之的源組成，外加硅、鉛、錫、鍺、鈉、鋰、鈣、硼、磷、釔和一種或幾種稀土金屬，以及它們混合中的一個或幾個元素源。
16.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，在成形的散逸金屬上施加一種涂層。
17.根據(jù)權(quán)利要求
16的方法，上述涂層是從由一組包括氧化鉻和氧化鎳的材料中選取。
18.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，氧化劑是從一組材料中選取，該組材料由某種含氧氣體，某種含氮氣體，某種囟素、硫、磷、砷、碳、硼、硒或碲，或某種囟素或前面元素的化合物，一種H2/H2O混合物，甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、乙烯、丙烯和CO/CO2混合物中的一種或幾種材料構(gòu)成。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18的方法，氧化劑是處于大氣壓下的空氣。
20.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的方法，把陶瓷復合體切割開，致使至少有一條孔道暴露于陶瓷體的外部表面上。
21.一種自支承陶瓷復合體內(nèi)部有一條或多條孔道，由一種和填料床結(jié)合在一起的多晶基質(zhì)構(gòu)成，上述孔道反復制了放在填料床里初始位置上的成形的散逸金屬的幾何形狀，通過氧化一種母金屬前體生成母金屬的氧化反應產(chǎn)物和一種或幾種包含在散逸金屬中的金屬成分制得陶瓷的基質(zhì)。母金屬的氧化反應在以下條件下完成，這些條件可以生長的氧化反應產(chǎn)物至少淹沒部分成形的散逸金屬使成形的散逸金屬擴散到陶瓷的基質(zhì)中，因而留下了成形散逸金屬被淹沒的那部分以前占據(jù)的空間成為一條或幾條孔道。
22.根據(jù)權(quán)利要求
21制造的陶瓷復合體，其中填料是從一組包括空心體、粉粒、粉末、纖維、晶須、球、泡沫、毛、平板、集合體、線、棒、條、片晶、小球、管、耐熔纖維織物、細管或它們的混合物的材料中選取。
23.根據(jù)權(quán)利要求
21的陶瓷復合體，其中所述填料是從一組包括一種或幾種氧化鋁，碳化硅、硅鋁氧氮化物、氧化鋯、硼化鋯、氮化鈦、鈦酸鋇、氮化硼、氮化硅和它們的混合物的材料中選取。
24.根據(jù)權(quán)利要求
21的陶瓷復合體，其中所述的孔道含有一個襯里。
25.根據(jù)權(quán)利要求
21、22、23或24的陶瓷復合體，其中所述的成形的散逸金屬是從由一種或幾種鐵、鎳、鉻和它們的合金以及它們的金屬間化物組成的材料組中選取。
26.根據(jù)權(quán)利要求
21的陶瓷復合體，其中所述的母金屬前體是一種鋁母金屬，氧化反應產(chǎn)物是氧化鋁。
27.根據(jù)權(quán)利要求
21的自支承陶瓷復合體，其中所述的一條或幾條孔道單獨的或共同的構(gòu)成一條有入口的連貫的通道，上述每一個入口和出口通到該陶瓷復合體的表面上，此每一或幾條孔道都適合用作一種流體不間斷流動的通道。
28.根據(jù)權(quán)利要求
27所述的自支承陶瓷體構(gòu)成一種流體排放噴頭。
29.根據(jù)權(quán)利要求
27所述的自支承陶瓷體構(gòu)成一種流體計量嘴。
30.根據(jù)權(quán)利要求
27所述的自支承陶瓷體構(gòu)成一種噴絲頭。
專利摘要
提高制造自支承陶瓷體的一種方法，包括制做一個成形散逸金屬和母金屬的組合件，也可包含滲透性的填料床，加熱組合件形成熔融母金屬熔體。在選自條件下熔融母金屬氧化，生長出來的多晶材料淹沒了成形的散逸金屬(如果有填料存在，透過填料)并造成散逸金屬擴散進入淹沒它的多晶材料中，從而留下了成為一條或幾條孔道的以前被成形散逸金屬占據(jù)的空間。因此該方法提供了內(nèi)部有反復制成散逸金屬形狀的孔道的自支承陶瓷體。
文檔編號C04B35/10GK87106230SQ87106230
公開日1988年7月6日 申請日期1987年9月10日
發(fā)明者丹尼·R·懷特, 邁克爾·K·阿格哈扎尼安, 哈里·R·茨威克爾 申請人:蘭克西敦技術(shù)公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan