专利名称:具有本征配合包套部件的陶瓷复合结构及其生产方法
本发明概括地讲与陶瓷复合体及其制造方法有关。这种陶瓷复合体具有一个使复合体维持在压应力下的包套部件，特别是，本发明与陶瓷复合体及其制备陶瓷复合体的方法有关，该陶瓷复合体包含埋置在填料中的多晶陶瓷基体，而且，具有一个使陶瓷复合体维持在压应力下的包套。
本申请的主题内容与共同所有美国专利申请系列号819，397(1986年1月17日提出申请)有关，该申请是系列号697，878(1985年2月4日申请)的部分继续申请，这两份专利的申请人都是Marc S.Newkirk等，而且题名“复合陶瓷制品及其制造方法”。此共同未决申请披露了一种通过从母金属生长氧化反应产物到可渗透填料块体中来生产自支承陶瓷复合材料的新颖方法。
利用母金属前体的氧化来生产自支承陶瓷体的方法已在共同所有美国专利申请系列号818，943(1986年1月15日申请)中披露，该申请是系列号776，964(1985年9月17日申请的)的部分继续申请，后者又是系列号705，787(1985年2月26日申请)的部分继续申请，后者又是系列号591，392(1984年3月16日申请)的部分进行申请，上述所有专利申请人都是以Marc S.Newkirk等人，题目是“新颖陶瓷材料及其制备方法“”。这种氧化现象的发现提供生长成前体母金属氧化反应产物所需尺寸的自支承陶瓷体，通过在母金属中使用合金化掺杂剂可能使该氧化现象得到加强。
前述方法通过采用向前体母金属表面外施加掺杂剂得到改善，这已在共同所有美国专利申请系列号822，999(1986年1月27日申请)中披露，该申请是系列号776，965(1985年9月17日申请)的部分继续申请，后者是系列号747，788(1985年6月25日申请)的部分继续申请，后者又是系列号632，636(1984年7月20日申请)的部分继续申请，上述所有专利申请人都是以Marc S.Newkirk等人名义，而且题目为“制造自支承陶瓷材料的方法”。
前述方法的进一步发展使得形成其中包括一个或多个孔的自支承陶瓷结构成为可能，这些孔是埋置在合适填料床中有一些形状的前体母金属阳模几何形状的反型复制，该合适填料在规定的条件下是自粘合的，该规定条件如美国专利申请系列号823，542(1986年2月27日申请)中所描述的，上述专利申请人是以Marc S.Newkirk等人的名义，题目为“制造陶瓷复合制品的反型复制方法及由此所得制品”。
上述方法的另一个发展是使形成具有阴模的自支承陶瓷体成为可能，该阴模可反型复制出靠近填料块体放置的母金属前身的阳模，这正在共同所有专利申请系列号896，157(1986年8月13日申请)中描述，申请人民是Marc S.Newkirk，题目为“用表面复型制造陶瓷复合制品的方法及由此所得制品”。
所有上述共同所有专利申请的全部公开内容和以下这些描述都特意在此作为参考而引入。
近些年来，将陶瓷用于以前用金属的结构应用的兴趣日益增加，这种兴趣的推动力是就一些性能而论与金属相比陶瓷具有优势，例如耐腐蚀性，硬度，弹性模量和耐火能力。
目前在生产更高强度，更可靠而且更具韧性的陶瓷制品方面的努力主要集中在(1)单片陶瓷工艺过程改善方法的发展。(2)新材料组成特别是陶瓷基复合材料的发展。复合材料结构是这样一种结构，它包含由两种或多种不同材料制成的不均匀的材料、坯体或制品，不同的材料紧密地结合在一起以便达到复合材料所需的性能。例如，两种不同的材料可以通过一种埋置在另一种的基本体中来实现紧密结合。陶瓷基复合结构典型地包括一个陶瓷基体，陶瓷基体包络了一种或多种不同种类的填充材料，例如颗粒，纤维，板条或类似的材料。
这些共同所有专利申请描述了一种新的工艺过程，该过程解决了一些用传统陶瓷技术制造复合材料带来的问题或局限性，例如压实和烧结技术。本发明将共同所有专利申请中的工艺过程与另外的新颖概念相结合提供成型一定形状的陶瓷复合结构，该结构具有一包套部件，是用复合材料整体地形成的，为了能保持其在一定压力下。更进一步说，本发明通过氧化反应现象提供生产具有一定预定几何形状的陶瓷复合体，这种氧化现象克服了由众所周知的工艺过程所带来的困难和局限性，而且进一步在氧化反应过程期间，在将陶瓷复合体维持在压应力下提供了在原来位置上形成一个完整装置。在陶瓷领域众所周知，一般陶瓷的抗压强度大大高于其抗拉强度。假若将陶瓷置于压力下，例如在一陶瓷管的内直径施加压力，则陶瓷受拉力。当受拉力时，如果一裂纹在陶瓷扩展，该陶瓷将会破碎。因此，有必要防止这种灾难性破坏，这可以用本发明的方法和产品来完成，方法是通过提供为保持陶瓷复合材料在一定压力下，在原来位置形成一个压缩装置。
早就知道适宜的预应力杆件在应用中显得非常有力，因此，这种杆件在使用中承受的应力，可能在有效地施加应力于该杆件之前首先实际上用来卸掉预应力。将陶瓷用于抗拉设计应用情况下，通过对这种材料施加预压应力可以获得最大设计势能，特别是因为它们的抗压强度在某些情况下可能是其抗拉强度的5倍或更多。在本发明之前，钢套管预应力陶瓷零件非常昂贵而且工作复杂。为了对于陶瓷产生适当数量的均匀应力而且避免产生很高的接触应力以致可能引起陶瓷的破坏，陶瓷和金属元件间不得不保证非常紧密的公差配合以致二者间近似精确一致。典型的这种条件仅仅通过对陶瓷杆件和界面部分的金属套管表面进行精细的而昂贵的高公差研磨来满足。正如在此描述的本发明通过一新颖的技术克服了这些问题而且不需要这种研磨。
根据本发明，提供了一种生产具有包套部件的陶瓷复合体的方法，该包套部件与其紧密配合以使复合体保持在压应力下。陶瓷基体是通过母金属氧化来获得的，母金属氧化形成一种包含母金属与氧化剂氧化反应产物的多晶材料和任意的一种或多种金属成分。根据本方法，填料床被覆盖在母金属上，而且，床至少被部分的包套部件所包围。将母金属加热到高于其熔点但低于氧化反应产物熔点的温度范围以形成熔融母金属体。母金属和填料床相互定向以便氧化反应产物在填料床中反应生长并朝向包套。在上述温度范围内，熔融母金属与氧化剂反应形成氧化反应产物，而且至少部分的氧化反应产物保持与熔融金属和氧化剂二者接触并在其中间以便不断地将熔融金属抽过氧化反应产物使其与氧化剂接触，以便氧化反应产物继续在氧化剂和先前形成的氧化反应产物界面处的填料床中形成。反应继续进行直到多晶材料已经渗过填料床到包套的内表面形成陶瓷复体为止。在冷却时，包套部件与复合体表现出严密的配合性能，直接将复合体本身置于压应力状态。保持在压应力下的陶瓷在限制陶瓷体抗拉断裂的发展方面具有优点，而且，另外又防止了陶瓷体的灾难性断裂。
正如共同所有专利申请中所披露的，多晶氧化反应产物具有通常在三维方向相互联结的互联晶体。此外，一种金属成分和/或孔隙分布或分散在陶瓷体中，它们可能或不可能相互联结，这要取决于工艺条件，母金属，掺杂剂等等。
该包套部件通常是选择具有比陶瓷复合体具有的更大的热膨胀系数，因此，在多晶陶瓷体和包套部件冷却时，包套装置倾向于比陶瓷复合体收缩得更快，由于它与所述陶瓷体的紧密啮合把压力传给了所述的陶瓷体。在一个优选方案中，该包套部件可以用钢制造，例如不锈钢，包套部件包含一个圆筒部件或管套，以便使陶瓷具有圆柱外形。
本发明还提供一种包含埋置在多晶陶瓷基体中的填料(例如预成型体)的自支承陶瓷复合结构。该陶瓷基体是通过作为前体的母金属与氧化剂的氧化反应获得的，氧化反应形成了相互联结的氧化反应产物和任意的一种或多种金属成分。包套部件迭加在填料上而且在原来位置与陶瓷基体完全结合，包套部件与陶瓷复合体严密配合使复合体保持在压应力状态下。
“陶瓷”不是不正确地解释为限制在经典意义下的陶瓷体，即，它完全由非金属和无机材料构成，而是指，就其成分或主要性能而言它主要是陶瓷体，虽然该物体可能包含少量的或大量的一种或多种从母金属中而来或氧化剂或掺杂剂的还原而来的金属成分，最典型是在1-40%(体积)范围内，但是还可能包括更多的金属。
“氧化反应产物”通常是指一种或多种在任何氧化状态下的金属、化合物或它们的混合物，其中金属已给出电子或与另一种元素共同电子。因此，在此定义下的“氧化反应产物”包括一种或多种金属与本申请中所描述的氧化剂反应的产物。
“氧化剂”是指一种或多种适宜的电子受主或电子共有者，可以是固体、液体或气体(蒸汽)或它们的组合，例如，在本工艺条件下的固体和气体。
“母金属”是指这样的金属，例如，铝，它是多晶氧化反应产物的前体，而且包括相当纯的金属，市售的含杂质和/或合金成分的金属，或者是金属前体为主要成分的合金;当指定的金属作为母金属，例如铝，所确定的金属应在主观上满足这个定义，除非在上下文中有其它说明。
“本征配合”(Intrinsic fit”)是指在按照工艺条件冷却时，包套部件将压应力施加到紧密啮合的陶瓷复合体上的这种固有性能。
图1是一简图，是立面的部分横截面图，表明一个组装包括容器和来源母金属体以及其中装有填料床的包套部件;
图1A是一张放大图，它是图1组装配图中虚线区域A所包络部分，其中有一部分已剖掉;
图2是一张局部截面正视图，它表示带有与其本征配合的包套部件的自支承陶瓷复合结构，该复合结构是按照本发明利用图1中的填料床组装图绘成的。
图2A是沿图2中A-A线的视图。
在本发明的实践中，将包括母金属体的装置进行熔化以便提供熔融母金属，熔融母金属与至少部分包含在包套部件中的填料体或块体接触。与填料接触的包套部件的那部分叫做包套部件的啮合表面。包套部件可能封包整个或部分填料体，填料床可能是松散床，颗粒状填料或一定形状的填料预成型体(如下所述)，填料床含有氧化剂或者能被氧化剂渗透。给该装置提供一个氧化环境并且将其加热到高于母金属熔点但低于母金属的氧化反应产物熔点的温度范围。在与氧化剂接触时，熔融母金属反应生成氧化反应产物，随着由母金属氧化产生的生长着的多晶体材料从而氧化反应产物开始渗透并包埋填料。这种氧化，包括将填料包埋在氧化反应产物中已在共同所有和共同未决专利申请中进行了详细描述。
在本发明的实践中，工艺过程继续进行直至多晶体材料已经渗透而且包埋了填充材料，而且生长到与包套部件的啮合表面相接触。在某些情况下，仅仅只有一部分最终陶瓷体被封包在包套部件里。在另外情况下，一个以上的包套部件可以被一个单一陶瓷复合体充填。在包套部件外面的陶瓷复合体的那部分的形状，若有的话，可以通过所提供的填料或者适当的填料部分作为一定形状的预成型体进行控制，如下面所描述的，或者通过将合适的填料床放入有一定形状的隔离剂里面，例如熟石膏隔离剂，正如在另一个共同未决和共同所有专利申请中所描述的，该申请是美国专利申请系列号861，024(1986年5月8日申请)，申请人为Marc S.Newkirk等人，题目为“利用隔离剂制造有一定形状的陶瓷复合材料的方法”。隔离剂阻止了由氧化反应形成的多晶材料的生长。正如所披露的，象熟石膏这样的隔离剂也可以被施加到预成型体的表面上。
母金属可以用来提供一个母金属容器，该容器装满了与填料体或填料块体接触的母金属最初来源，按照在另一个共同未决和共同所有美国专利申请系列号908，067(与此同时申请)所披露的方法，申请人是Marc S.Newkirk等人，题目为“制造陶瓷复合体结构的容器供给方法”。母金属的容器体通过重力流动传递来补充在氧化反应过程中已消耗掉的母金属来源，由此以保证连续过程所能得到的充足母金属，直到所需数量的多晶体材料已由氧化反应形成。最终所得陶瓷复合产品包括被包埋的填料和本征配合的包套部件。当包套部件包埋填料或部分填料时，在包套部件里的陶瓷复合产品的表面边界可能至少部分被包套部件的内表面或啮合表面的几何形状所限定。在这种情况下，陶瓷复合材料的形状与包套部件的内表面或啮合表面相一致，包套部件作为阻挡装置，因而确定了陶瓷复合结构的外部几何形状或外型，完全相同的途径，一模具的内表面确定了在其中的模铸体的外部几何形状。
在本发明的某些实施方案中，母金属或其中涉及作为母金属来源的部分，可能被埋置在填料床中或放入与合适的填料床相啮合。合适的填料与此母金属来源体的形状一致，结果(正如以上所描述的共同所有专利申请书系列号823，542和896，157中所解释的)最终所得陶瓷复合结构已在其中形成一个阴模或一个或多个空腔，阴模和孔是母金属来源体的反型或反几何外型复制。母金属来源可能包括一块或多块，而且它可能是简单圆柱体、棒条、铸块或类似的东西，或者它可能是用任何合适装置来成型的，例如母金属棒条、坯段或铸块可能采用适当机加工、浇铸、模压、挤压或其它成型方法，以便提供有一定形状的母金属来源体。因而母金属来源体可能具有一个或多个空心槽、孔、凹槽、平台、表面凸起部分、凸缘、螺孔螺纹和其类似的形成物。它可能也有或选择性地有一个或多个轴环、轴衬、圆盘、棒条或诸如此类组装在里面的以提供任何所需的外型。因此在陶瓷复合体中形成的阴模或空腔会包含或填以母金属，这是在工艺过程之后当结构冷却时重新固化的母金属。如下述该重新固化的母金属可能任意地从包含它的阴模或空腔中取出。最终所得一定形状的陶瓷复合产品因而有被多晶陶瓷基体埋置的填料和本征配合的一个或多个包套部件。陶瓷基体本身可能任意包括一种或多种母金属的未氧化成分，或气孔或二者兼有，而且还具有所选择形状的表面几何形状。(任意分散在陶瓷基体中的母金属未氧化成分不要与在阴模或空腔中剩余的块状重新固化的母金属混淆，该阴模或空腔是在由母金属埋置体在填料床中压印或造型成的)。
虽然在本发明以下的详细描述中，特别关于以铝作为优选的母金属，其它满足本发明标准的合适母金属包括硅、钛、锡、锆和铪，但不限于这些。例如，本发明的特殊方案在铝为母金属时，包括α-氧化铝或氮气化铝作为氧化反应产物;钛作为母金属时，氮化钛或硼化钛作为氧化反应产物;硅作为母金属时，碳化硅、硼化硅或氮化硅作为氧化反应产物。
可以采用一种固体，液体或气相氧化剂，或者这些氧化剂的组合。典型的气相氧化剂包括氧、氮、囟素、硫、磷、砷、碳、硼、硒、碲及其化合物和其组合物，并不限于这些。例如，氧化硅(作为氧的来源)甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、乙烯和丙烯(作为碳的来源)，和象空气，H2/H2O及CO/CO2之类的混合物，后两种(即H2/H2O和CO/CO2)被用来降低环境的氧活性。相应地，本发明的陶瓷结构可从包含一种氧化反应产物，其中包括一种或多种氧化物、氮化物、碳化物、硼化物和氧氮化合物。更准确地说，例如，氧化反应产物可以是氧化铝、氮化铝、碳化硅、硼化硅、硼化铝、氮化钛、氮化锆、硼化钛、硼化锆、氮化硅、硼化铪和氧化锡中的一种或多种。
虽然可以使用任何合适的氧化剂，以下所描述的本发明的具体方案是关于使用气相氧化剂。假若使用气体或蒸汽氧化剂，即气相氧化剂，填料对气相氧化剂是可渗透的，以便当填料床暴露在氧化剂下时，气相氧化剂能渗过填料床与其中的熔融母金属接触。例如，氧气或含氧气体混合物(包括空气)是最优的气相氧化剂时，在此情况下铝是母金属，由于明显的经济原因用空气通常是最优的选择。当气相氧化剂认为是含有或包括特殊的气体或蒸汽，这意味着所确定的气体或蒸汽氧化剂，在所利用的氧化环境中得到的条件下对母金属是唯一的、占主要地位的，或至少是重要的氧化剂。例如，虽然空气的主要成分是氮气，而对母金属来说空气中的氧气含量是唯一的或主要的氧化剂。因为氧气是比氮气更明显有效的氧化剂。因此空气满足“含氧气体”氧化剂的定义，而不满足“含氮气体”氧化剂的定义。在此和权利要求
中使用的“含氮气体”氧化剂的例子是“混合气体”，它包括96%(体积)的氮气和4%(体积)的氢。
当使用固体氧化剂时，氧化剂一般分散在整个填料床中或者分散在与母金属邻接的部分床中，氧化剂以颗粒形式与填料混合，或者涂覆在填料颗粒上。可能采用任何合适的固体氧化剂，包括象硼这样的元素或可还原的氧化物，如氧化硅或某些比金属硼化反应物热力学稳定性更底的硼化物例如，当硼或可还原硼化物作为铝母金属的固体氧化剂时，最终的氧化反应产物是硼化铝。
在某些情况下，与固体氧化剂的氧化反应进行得如此迅速以致由于过程的放热特性氧化反应产物趋于熔融。这样现象能够损害陶瓷体微观结构一致性。这种快速放热反应能通过混入具有底反应能的相当惰性的填料成分来避免。这种填料能吸收反应热使得任何热逸出效应减小到最小程度。这种合适的惰性填料的一个例子是和预期的氧化反应产物相同的填料。
如果使用液体氧化剂，整个填料床或其与熔融金属邻接的部分通过浸泡在氧化剂中涂覆或浸渍，使氧化剂浸透填料。提到液体氧化剂就意味着，它在氧化反应条件下是液体，而且这种液体可能有固体前体，例如一种盐，该固体前体在氧化反应条件下熔融。另一方面，液体氧化剂也可以是液体前体，例如，一种材料的溶液，它被用来浸透部分或整个填料，而且在氧化反应条件下熔化或分解以提供合适的氧化剂部分。在此所定义的液体氧化剂例子包括低熔点玻璃。
在工艺过程条件下是液体或固体的氧化剂可以与气相氧化剂共同使用。这种附加氧化剂可能对促进母金属在所选择的填料床或预制件中，而不是在其界面之外的氧化特别有用。即，采用这种附加氧化剂可以在预制件中产生一种比预制件以外更适合母金属氧化动力学的环境。这种强化环境对于促进在预制件以内到边界的基体的发展和减小过分生长是有益的。
母金属容器体可以很方便地装入一个颗粒惰性材料床中，该材料对于熔融母金属是惰性的或不可渗透的。因此，惰性材料床会包含熔融容器母金属并传送它，特别是穿过惰性材料床底部的一个开口到埋置在填充材料床中的来源体上。例如，将圆柱状或半球状金属容器体铸块连同其凸出部分放置在填料床内埋置体的顶上。
另一方面，可以不考虑母金属的成型和它在陶瓷复合体中反型复制的形状或部分形状。于是，当母金属形状不在陶瓷复合体中反应型复制时，可以使用任何形状的母金属。因此，在此情况下与填料块体接触的熔融母金属可作为熔融金属或任何容易获得的形状的坯段或铸块提供。填料床可能包括一合适填料床或一定形状的填料预成型体。装置的外型可能达到一开始就提供充足的母金属与填料接触的程度，或者，装置可能是一种母金属的容器体，当熔融母金属渗进填料时，它能补充与填料接触的母金属来源。假若从容器体中向来源体提供充足的熔融金属，该来源体是埋置在适当的填料内或与之适当啮合，在氧化反应产物生长到所需尺寸后反应结束，未氧化的熔融母金属重新固化，而且，陶瓷结构中的空腔或阴模中充填了重新固化的母金属。然而，假若所提供的全部母金属不足以保证用母金属充填空腔或阴模，空腔或阴模可能是空的或者仅仅部分充填重新固化的母金属。如果需要，任何这种重新固化的母金属可能在后续工艺步骤中从陶瓷复合产品的空腔、阴模中移走，以便提供其中具有空的空腔或空的阴模的成型后的复合材料，该阴模反型复制了母金属来源体的几何形状。
本发明的实践中使用的填料可能是一种或多种适合此目的的多种多样材料。填料可能是“合适的”填料，在此和权利要求
中使用的这个词是指，该填料能装填在一个容器中，而且会与容器的内部形状一致。如上所述，合适的填料也能与埋置在填料中的母金属来源一致或者与放置进填料中的母金属来源体相啮合。例如，如果填料包括象氧化铝这样的耐火金属氧化物细晶粒一类的颗粒状材料，填料会与填装它们的容器或包套部件的内部形状一致。然而，作为合适的填料一定要细颗粒状是不必要的。例如，填料可以是象切断的短纤维这样的纤维形式，或者是象类似钢纤维这样的纤维毛状材料。填料也可能包括两种或多种这类几何外型的组合，即细颗粒状晶粒和纤维的组合。为组成在此使用的合适填料，只须填料的物理形状达到允许填料充填并与装填它们的阻挡装置的内表面形状一致的程度。这种合适填料也与母金属埋置体的表面或其中的一部分密切一致，母金属体被埋置在合适填料块中或与之相啮合。
可以采用填料任何有用的形状或形状的组合，比如一种或多种空心体、颗粒、粉末、纤维、晶须、球、泡、钢纤维、板片、粒料、线、杆、棒、片晶、小球、管、耐火纤维织品、细管、或者它们的混合物。
填料也包括有一定形状的预成型体，它可以用任何传统的方法作成或成型为预定的或所需的尺寸和形状，例如通过石膏注浆、注射成型、转换成型、真空成型或其它方法，这可以采用在此或别处更特别符合或需要的加工任何类型合适填充材料的工艺过程。填料预成型体对由母金属氧化所得到的多晶材料在其中的生长以及对蒸气相氧化剂是可透过的，填料预成型体可能包括或其中混合了固体氧化剂和/或与气相氧化剂混合使用的液体氧化剂。预成型体具有一个表面边界，而且应该保持足够的形状完整性和坯体强度，以便在陶瓷基体渗透后保证尺寸保真度，尽管它是足以适应生长着的多晶基体。更可取的是，预成型体填料具有约5～90%(体积)的坚硬部件，它增强了园筒状网16而且其中还形成了孔20的模(图1A)。圆筒18是坚硬的足以在工艺过程期间保持包含在其中的合适填料床38的形状。网16可能是耐火织品或金属，例如，不锈钢网。在图解说明的方案中，它是编织的开网眼不锈钢网。网的许多孔与圆筒18的孔20排成一线，以便包套部件14是小孔的，而且是对进入其中的环境气氛是敞开的。若干角铁支架22位于圆筒18的外表面的配置位置，并用夹环32定位以增强结构。基座24可能或者是密实体或者是多孔结构，它封死了包套部件14的底部。
容器箱12也是圆筒形状，而且直径比包套部件14大，它被容器壁26和底板28所包封，容器箱12是一无孔结构。在该图解说明的方案中，颗粒状惰性材料床30支撑容器箱12中的母金属容器体34。容器体34上部为一般的圆筒体形状，底下联接一个向内逐渐变细的圆锥形状的部分，从这一部分伸出一个凸出物在28底板与来源体36接触，36为细长的圆柱形状，其直径比容器体34小很多。来源36有一串三个普通的圆柱状或圆盘状凸出物36a、36b和36c，并安置在包含在包套部件14中的填料38的床当中。
包套部件14填以合适填料38的床，来源体36埋置在38的床中，而且延伸成为填料床材料外壳内的母金属圆柱芯。来源体36和/或填料38可能用掺杂剂处理或包括掺杂剂以促进氧化反应。一种或多种掺杂剂可以熔合在母金属中，而且一种或多种掺杂剂可以外加到来源体36或其一部分。此外，作为其代替，一种或多种掺杂剂可以施加到填料38中。至少施加在来源体36的附近区域。在容器箱12中的颗粒惰性材料30不能被流过它的熔融母金属湿润，因此对熔融母金属是惰性的而且不可渗透，以致经过惰性材料30床氧化反应产物的形成和生长是不可能的。因此，可以获得一个能借助重力流进来源体36的熔融母金属容器，以补充已渗透并在合适填料床38中被氧化的母金属。例如，在铝母金属情况下，惰性材料30可以包括颗粒E1刚玉，这是Norton公司的产品。在某些情况下，可能需要将容器12与环境气氛隔离或防止与环境气氛接触。在这些情况下，可用一容器盖板密封的孔隙率，更好的是约25～50%。多孔状预成型体在工艺过程温度条件下应该能更好地被熔融母金属所润湿，为了促进多晶材料在预成型体填料中的生长，产生高完整性和确定得很好的边界的陶瓷复合产品。
用来制造预成型体的填料，比如陶瓷粉末颗粒，可以用任何适当的粘结剂粘结在一起，例如，聚乙烯醇或类似的东西，这些东西不参与本发明的反应在陶瓷复合产品中不留下所不希望的残余副产品。可以采用的合适的颗粒，如碳化硅或氧化铝，具有由约10到1000或更细的筛网尺寸，或者不同筛网尺寸和类型的混合颗粒。颗粒可采用已知的或传统的技术成型，比如用在有机粘合剂中的颗粒的料浆进行成型，方法是将料浆注入模型，然后在高温下干燥使其凝固。
更准确地说，就在可渗透的预成型体的成形和制造中可以采用的合适的材料而言，在别处和在此所述的三类填料都是可渗透的填料的合适材料。
不管填料是预成型体填料，或者是合适填料松散压实的床或块体，一个或多个包套部件部分地或全部地包套或包络填料，以便埋置填料的多晶材料的生长扩展到包套部件的啮合表面，使包套部件与陶瓷复合结构形成旋转本征的收缩配合。包套部件可以采用任何适宜材料制造，并且具有任意所需形状，能包络至少填料的一部分。例如，它可能用象钢或不锈钢或镍合金制造。镍合金是以Inconel商标出售的。为了使气相氧化剂通过，包套部件可以是多孔的或者是小孔结构。在某些情况下，包裹包套部件或提供涂层可能是必需的或必要的，在工艺过程条件下，这种涂层能防止这种部件被母金属和/或填料或者氧化或腐蚀或者二者皆能防止。
现在参考附图，图1表明组装10，它具有一个容器箱12和包套部件14，部件14位于容器箱12的下面并且通过容器箱12底板28上的开口(未编号)与容器箱12联接。包套部件14由网16和一个多孔圆筒体18构成，象网状16一样18实际也是圆筒体外型。包套部件14的内部啮合表面由网16(图1和1A)所确定，网16包含在多孔筒体18内并被其所加强。圆筒18作为外层容器箱12的顶部的开口隔离周围气氛，而且，可用一密封板密封容器箱12和包套部件14间的开口(未编号)，除非它是一个添加母金属时通过的开口。
将合适填料床38充填在包套部件14中，它与由网16确定的部件14内部或啮合表面一致，借此包套部件14的内部形状确定了填料床的表面界线和本征收缩配合陶瓷复合结构的部件。更进一步，这种充填也使填料与来源体36的形状一致，以致后者确定而且充填了在合适填料38块中有一定形状的空腔。
装置10放入窑炉中，窑炉中包含或引入适宜的气相氧化剂，如果采用这种氧化剂的话。(否则，使用惰性气体或真空)。气相氧化剂可以包括空气，在这种情况下，在窑炉内可采用适宜的通风口供给气相氧化剂来源，方法是简单地通过向炉内供给空气。填料床装置10可以用任何适宜的支撑装置支撑在窑炉中的直立位置，图中未表示出来。密器箱12保持在包套部件14上面，以便熔融母金属借助重力从容器体34流向来源体36。气相氧化剂通过圆筒18的孔20和小孔网16的孔进入合适填料38的床中。
如上所述，当熔融金属通过生长着的氧化反应产物体在其表面被氧化并形成另外的氧化反应产物时，氧化产物的生长在进行。当生长着的多晶材料到达小孔网16时，其更进一步的生长由于网16提供的阻挡装置而停止。孔网16由圆筒18所支承。于是多晶材料生长完全充填包套部件14而且与它本征配合。由于多晶材料的生长被包套部件14提供的阻挡装置有效地停止，多晶体材料完全充满包套部件14而且与其本征配合。该生长着的多晶体材料必须与包套部件充分一致，以便它被牢固地保持而且通过冷却被包裹在里面。更进一步，当圆筒18包含一种比陶瓷复合体热膨胀系数更大的材料时，例如当它包含象不锈钢或象Inconel合金这样的镍合金之类的金属时，而这种复合体由此实例1的成分构成时，也可以获得热收缩配合。因此，当将装置加热到反应温度时，不锈钢或镍合金圆筒膨胀，而且多晶体材料生长并充填热膨胀的圆筒。在装置冷却时，陶瓷复合结构和包套圆筒两者都产生收缩。然而，由于钢或镍合金圆筒18的热膨胀和收缩明显大于结构40的陶瓷材料，在结构冷却时，围绕陶瓷复合结构40的圆筒18产生了牢固的收缩配合。在工艺过程完成后，通过在其上产生合适的预应力，提高了陶瓷结构40的性能。
通过拆除填料装置10可以取出陶瓷复合结构。松掉夹环32就会使角铁支架22松开，而且其与具有与附近包套部件14本征收缩配合的陶瓷复合结构40的底座24相分离。于是包套部件14牢固地装配在陶瓷复合结构40上。陶瓷复合结构40可以横向切断或在靠近包套部件14的上部切断(如图1所示)，以便提供合适的圆柱形状的包套体陶瓷复合材料的结构如图2所示。陶瓷复合结构40有一个内孔42，它是来源体36的反应型复制，来源体36包括一串三个扩大的空腔(在图2中能看到的只是其中42a和42b两个)。该扩大的空腔是来源体36相应的圆柱状凸出物36a，36b和36c的反应型复制。在氧化反应完成之后，当装置冷却时在孔42中形成的重新固化的金属可以用任何适当的方式移走，如果必要的话。例如，可以钻一与孔42直径相近的孔以除去重新固化的母金属块和残留的母金属，绝大多数是在较大的空腔中，例如42a和42b，可用化学溶解方法取走。例如，在铝母金属情况下使用氢氯酸。氢氯酸能溶解铝但对陶瓷复合结构没有有害作用。在某些情况下，可能需要将母金属芯或它的一部分留在原处以便提供具有金属芯的最终产品。
陶瓷复合结构40的外表面与网16的内圆筒表面一致，即与其相适应。而且穿透编织网的粗造或带花纹的表面有助于固定本征收缩配合的包套部件即包套部件14在原来位置上。在圆筒18上可以提高向内凸出部件以便提高本征配合的强度。对包套部件14的某些外型而言，可能必须或需要通过肘型连接提供一个或多个附加金属容器在来源体36的某些点引入母金属，以便促进氧化反应产物在给六填料床38体积里的生长。
如图2和2A图解说明的，该包套部件，例如包括圆筒18，围绕陶瓷复合结构40周围的本征配合，可以用来提供一个装置可在其上面装配其它部件。图2和2A说明了一种方案，在此方案中陶瓷复合材料结构40具有包套部件14，其上还有带法兰盘的管状部件44装在包套部件14上。这可以通过将在其一端具有法兰盘44a的管状部件44与包套的陶瓷结构安装在一起来实现。管状部件44可以具有密实无孔结构，比如它是一段管，而且可以有第二个法兰盘(没有给出)，它是固定在与法兰盘44a固定端相反的一端上，以提供一有法兰盘的导管，它具有一陶瓷复合结构芯，芯上有一延伸贯穿的孔42。管状部件44可在法兰盘44a的外表面点焊到多孔圆筒体18上(以及在其相反一端)，假若需要或必要的话。
图2和2A中所介绍的结构的一个优点是，它能使陶瓷复合体构生长到与加热的热膨胀多孔圆筒18啮合接触，以便在冷却时提供收缩配合的包套金属的陶瓷芯结构。本发明的技术优点，在已知的围绕一预先固定的陶瓷芯收缩配合一金属管的技术范围内，在已知的技术中要求陶瓷芯的外经与金属套管内径间达到一个非常高地高精度公差。为了使陶瓷芯和金属套管间的热膨胀和收缩差维持在一个窄的范围内，这些高精度公差是必须的。这种窄范围能使加热的套管在陶瓷芯上滑动而且冷却时收缩在陶瓷芯上提供适量的啮合力。为了保证金属与陶瓷表面间紧密一致更进一步需要高精神度公差，以避免能引起陶瓷体破坏的高接触应力。本发明的技术不需要对陶瓷芯和金属圆筒进行机加工来达到这种高精度公差。取代而代之的是，选择一个合适尺寸的金属圆筒，陶瓷复合结构在其中生长到圆筒的内表面并与其紧密啮合并一致。圆筒或圆筒的内衬提供了阻挡装置，氧化反应产物会生长到阻挡装置，但不超过它，从而提供一个精确的本征配合。借助圆筒和陶瓷复合体间的热膨胀差，在装置冷却时产生了适当的预应力。在包套金属不必具有多孔结构的情况下，适当无孔结构的套管或管子长度可以在其上配合，如在图2和2A中由管状部件44所图解说明的。
如上所述，在陶瓷复合结构中包套部件是本征配合的，陶瓷复合结构包括埋置填料的陶瓷基体，填料可以是合适填料或有一定形状预成型体，正如以上所详细描述的一类适宜的填料成分包括那些在工艺过程温度和氧化条件下，不挥发，热力学稳定，并且不与熔融母金属反应或过分地在其中溶解的物质。在使用铝作母金属，空气或氧气作为氧化剂时，已知大量的材料满足这些要求。这些材料包括单一金属氧化物铝，Al2O3;铈，Ce O2;铪，Hf O2;镧，La2O3;钕，Nd2O3;镨，多种氧化物，钐，Sm2O3;钪，Sc2O3;钍，Th O2;铀，UO2;Y2O3;和锆，Zr O2。此外，大量二元、三元和更高元金属化合物，如铝镁尖晶石，Mg O.Al2O3，都包括在这一类稳定耐火化合物中。
第二类的合适填料或填料组分是那些在优选方案的氧化和温度环境下非本征稳定的物质，但是，由于降解反应慢的动力学，它们可以混合在生长的陶瓷体中作为填料相。具有经济重要性的一个例子是Si C根据本发明，在用氧气或空气氧化铝的必要条件下，要不是一层氧化硅保护层形成并覆盖在Si C颗粒上限制了Si C的进一步氧化，这种材料将会完全氧化。氧化硅保护层还能使Si C颗粒烧结或自身粘结和与其它填料成分粘结。
第三类合适的填充材料是象碳纤维之类的物质，在热力学或动力学上，并不期望它们能经受住为实践本发明某一方案时必须的某一氧化环境，或者能经受住暴露于优选实施方案中的熔融铝中，但是，它们能够不与本发明的工艺过程相矛盾，如果1)将环境变为低活性，例如，通过利用H2/H2O或CO/CO2作为氧化气体，或2)通过在其上采用涂层，比如氧化铝，它使得该类物质在氧化环境下动力学上是非活性的。
一般说来，发现在填料中非常有用的是以下一种或多种物质氧化铝、氧化硅、碳化硅、硅铝氮氧化合物、氮化锆、钛酸钡、氮化硼、氮化硅、铝酸镁、含铁合金、铁-铬-铝合金、碳和铝。
正如本发明的另一实施方案和在共同所有专利申请中所解释的，将掺杂材料加入金属能对氧化反应过程产生有利影响。掺杂材料的一种或者多种作用取决于除掺杂材料本身之外的许多因素，例如，这些因素包括特殊的母金属、所需的最后产品、当使用两种或多种掺杂剂时掺杂剂间的特殊组合、外部施加掺杂剂与内部加入掺杂剂的组合使用、掺杂剂的浓度、氮化环境、和工艺过程条件。
一种或多种掺杂剂(1)可以作为母金属的合金成分提供，(2)可以施用到的至少一部分母金属埋置体的表面上，或(3)可以施用到填料上或者邻近母金属来源体填料床的一部分上，或者采用技术(1)，(2)，(3)的两种或多种的任意结合。例如，熔合在母金属中的一种或多种掺杂剂可以与外部施加到母金属埋置的整个或局部分表面的一种或多种掺杂剂结合使用。在技术(3)的情况下，是将一种或多种掺杂剂施用到填料中，这可以用任何适当的方式进行施加，比如将掺杂剂分散在部分或整个填料块体中作为填料颗粒的涂层，或者以颗粒的形状，最好包括至少与母金属埋置体直接邻接填料床一部分。向填料的任何掺杂剂的施加还可以通过向填料床上或内部施加一种或多种掺杂材料层来实现。包括其任何内部开口、空隙、通道、插入空间(Intervening Spaces)或诸如此类，这都能使填料可以渗透。施加任何掺杂剂的一个方便的方式是仅仅将整个填料床浸泡在一种掺杂材料的液体中(例如一种溶液)。掺杂剂的来源也可能通过下列方式提供，即，使掺杂剂刚性体与至少部分母金属表面和填料床接触而且在它们之间。例如，可以将含硅玻璃的薄层(作为铝母金属氧化的掺杂剂非常有用)施加在母金属表面上。当覆盖有含硅材料的铝母金属(可以内掺Mg)在氧化环境下熔化(例如，铝在空气中的情况下，在约850℃到约1450℃之间，最好是约900℃到约1350℃之间)就产生多晶体材料生长进入可渗透的床中。在将掺杂剂外部施加到至少一部分母金属的表面的情况下，多晶体氧化物结构一般在掺杂剂层以外(即在施加的掺杂剂层的深度以外)的可渗透的填料里生长。在任何情况下，一种或多种掺杂剂可以外加到母金属表面和/或可渗透的床中。此外，熔合在母金属里和/或外加到母金属上的掺杂剂可以通过施加到填料床中的掺杂剂来增加。因此，熔合在母金属里和/或外加到母金属上的掺杂剂任何浓度不足都可以通过将相应的掺杂剂施加到填料床中的附加浓度来补充，反过来也是如此。
对铝母金属有用的掺杂剂，特别是以空气作为氧化剂时，包括镁、锌、硅，正如这里所叙述的，或者是单独或者相互组合或者是与其它掺杂剂组合。这些金属，或者其合适的金属来源，可熔合到铝基母金属中，每种的浓度占最终所得掺杂金属总重量的0.1-10%(重量)。这些掺杂剂材料或其合适的来源，例如Mg O、Zn O、或SiO2，可以外加到母金属上。因此，以铝-硅合金作为母金属，空气作为氧化剂，Mg O作为表面掺杂剂，掺重大于要氧化的每克母金属约0.0008克，以大于施加Mg O的每平方厘米的母金属表面约0.003克，能得到一种氧化铝陶瓷结构。
对用空气氧化铝母金属有效的掺杂材料的另一些例子包括钠、锗、锡、铅、锂、钙、硼、磷、和钇，它们可以单独使用或与一种或多种掺杂剂组合，这取决于氧化剂和工艺过程条件。象铈、镧、镨、钕和钐之类的稀土金属也是有用的掺杂剂，这里特别又是当与其它的掺杂剂组合时，正如在共同所有专利申请中所解释的，所有的掺杂剂材料都对铝基母金属系统中促进多晶体氧化反应产物的生长非常有效。
通过本发明的实践所得到的陶瓷复合结构一般是致密的凝聚块体，在块里占复合结构总体积的约5%～98%是由一种或多种埋置在多晶体基体体体里的填料成分所组成。当母金属是铝而且空气或氧气为氧化剂时，该多晶体基体材料一般是由约60%～98%(重量)的(占多晶材料重量的百分数)的相互联接的α-氧化铝和约1%到40%(重量)(同一基准)的未氧化母金属成分组成。
本发明所提供的预应力特性特别适合于内部加压体的设计和制造，例如，可用作为枪管或枪筒。枪管特别包括非常高的内压环境，它兼有腐蚀、锈蚀和接触磨耗，同时需要高精度公差，平直度和在许多情况下，来复线几何形状。借助类似于例1中所说明的方法，可以制造内有来复线的或直孔的陶瓷复合结构，它里面包括一个将复合结构构置于压应力下的收缩配合金属钢套管。通过对枪管的烧结，它变成受压的产品，在其中产生任何拉应力之前，陶瓷复合结构首先卸掉压应力。从而，特殊形式的陶瓷复合材料抗拉强度明显高于非预应力形式。组成类似于实例1的复合材料的陶瓷复合材料已进行了颗粒耐磨蚀的试验，发现在这种试验中比钨铬钴(Sellite)合金6的磨损低二倍或更多。钨铬钴合金是目前用作机关枪的枪管内衬。本发明对以前解决枪管内衬的陶瓷方法具有很特殊的优点，由于它为生产非常大的陶瓷衬管以及很小的衬管的独特的潜力。
通过以下的无局限性的实施例对本发明进行更进一步的说明。
实施例1为了制作其上具有一个金属套筒的陶瓷复合结构，在镍铬铁(Inconel)601金属合金(国际镍公司)的6英寸长的Schedule 40管(相当于图1中18)(外径1 15/16英寸)打上大量直径为3/16英寸的孔。在整个圆筒体上全钻上孔，管中心到中心3/8英寸排成花样。一块多孔304合金不锈钢薄板厚约0.008英寸具有直径为0.016英寸孔用作为钻过孔的镍铬铁合金(Incoriel金属管的内衬(相当于图1中的16)。孔达到了22%的薄板开口面积。多孔不锈钢选作为本例中基体生长的阻挡装置。
由含10%硅，含3%镁的铝合金组成的母金属部件，包括母金属来源体和母金属容器体如图1说明的。在本实例中，采用一母金属容器体(相当于图1中的34)，无锥度，圆筒形直径为2 1/2英寸，高2英寸。母金属来源体(相当于图1中的36)直径3/4英寸长6英寸，以螺纹形连接一起，并且埋置在填料块体(相当于图1和1A中合适填料块体38)中，该填料是5%(重量)的商品砂(二氧化硅)和95%(重量)的90目，38刚玉的混合物，它是由Norton公司提供的颗粒状氧化铝。将填料混合物加热到约1250℃经24小时，然后使其冷却到室温，再将冷却了的混合物磨细装入内衬多孔铬镍合金管Schedule 40的不锈钢管中。母金属来源体涂一层木胶(市售商标为Elmer′s)和砂。将容器体埋置在装在304合金不锈钢箱内的90目38刚玉床中，不锈钢箱相当于图1中的12，而且在其底板上有一个2英寸直径的洞(在图1中示出，未编号)。将铬镍铁合金(Incorel)管的顶部焊在2英寸洞的圆周上。为了将最后所得装置支撑在直立的位置，将铬镍铁合金(Inconel)管的其中一部分(相当于图1中的14)放入多孔的304合金不锈钢的支撑圆筒中，支撑圆筒的内径为3 1/2英寸，钻有3/32英寸直径的孔，孔提供了支撑圆筒40%的开口面积。支撑圆筒具有一支撑容器箱的长度(容器箱相当于图1中的12)，容器箱在支撑圆筒的顶部。这种排列方法使母金属和填料装置保持在一垂直位置，容器体直接地垂直地位于来源体的上面。将所得的支撑装置放入耐火的开口容器中，并在具有空气气氛的窑炉中加热10小时到达1245℃，在1245℃下恒温100小时，然后在30小时内冷却到125℃，以后再冷却到室温。陶瓷复合体已在Schechule 40镍铬铁(Inconel)不锈钢圆筒的包套中生长，而且被埋置在填料块中。冷却时，发现镍铬铁合金属(Inconel)包套能提供与陶瓷复合体非常严密的配合，可以相邻由于较大的热膨胀系数可以给所说的陶瓷复合结构提供压应力。在用钻孔或化学(氢氯酸)处理去掉重新固化的母金属后，露出一个贯穿的孔，该孔是初始来源体螺纹外型的反型复制。
正如在以上的实例中所说明的，通过本发明的工艺过程在获得了直接在镍铬铁合金(Inconel)套筒上形成的陶瓷复合体，而对陶瓷/金属界面不需要任何研磨。
虽然，上面仅仅就很少的几个本发明的示范方案进行详细描述，但是，本专业的熟练技术人员容易理解，除了举例说明的以外本发明还包括不同于这些实例的任意组合和变化。
权利要求
1.一种用包套部件生产保持在压力状态下的陶瓷复合体的方法，所述的复合体包括(1)由母金属氧化形成多晶体材料所获得的陶瓷基体，该多晶体材料包括(i)所述母金属与氧化剂的氧化反应产物和任意的(ii)一种或多种金属成分，(2)由所述基体埋置的填料块体，该方法包括以下步骤(a)将所述母金属加热到高于其溶点而低于氧化反应产物溶点的温度范围以形成熔融母金属体；(b)在氧化剂存在条件下，使所述的熔融母金属与填料接触，至少所述的填料的一部分盛装在所述包套部件内并与所述包套部件内表面一致啮合，从而所述的表面确定了所述的填料块体的表面边界，以便在所述填料块体中出现所述氧化反应产物的形成，并朝向或沿着所述表面边界方向；和(c)在所述温度范围内(1)所述熔融母金属与所述氧化剂反应形成所述氧化反应产物，(2)保持至少一部分所述的氧化反应产物与所述的熔融母金属和氧化剂接触并在二者之间，逐步地将熔融母金属抽引经过氧化反应产物到氧化剂方面，以便氧化反应产物不断地在氧化剂和先前形成的氧化反应产物界面间的填料里形成，(3)继续所述的反应直到所述多晶体材料已经渗透所述填料到达所述表面边界，并产生所述的陶瓷复合体，和(4)重新获得的所述陶瓷复合材料具有所述的与其本征配合的包套部件，包套部件将所述复合体保持在压应力作用下。
2.如权利要求
1所述的方法，其中母金属是铝母金属。
3.如权利要求
2所述的方法，其中所说的氧化剂包括含氧气体，所说的氧化反应产物包括氧化铝，所说的温度范围是从约850～1450℃。
4.如权利要求
3所述的方法，其中所说的含氧气体是空气。
5.如权利要求
1、2、3或4中任一权项所述的方法，包括一种气相氧化剂和至少固体氧化剂和液体氧化剂中的一种混合到至少部分所述填料中，而且所述熔融母金属也与所述的附加氧化剂反应，所述多晶体材料进一步包括所述母金属和附加氧化剂的氧化反应产物。
6.如权利要求
5所述的方法，其中所说的固体氧化剂选自由硅、硼和可还原金属硼化物组成的一组物质中。
7.如权利要求
1、2、3或4中任一权项所述的方法，其中所说的母金属选自由硅、钛、锡、锆和铪组成的一组金属中。
8.如权利要求
1、2、3或4中任一权项所述的方法，其中所说的填料选自由氧化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、铝酸镁及其混合物组成的一组物质中。
9.如权利要求
1、2、3或4中任一权项所述的方法，包括使用至少一种与所述母金属结合的合适掺杂剂材料。
10.如权利要求
1所述的方法，其中所说的氧化剂是气相氧化剂，所说的包套部件和填料对所述气相氧化剂都是可渗透的。
11.如权利要求
10所述的方法，其中所说的包套部件包括一个内部网状衬里和坚硬的外部硬套。
12.如权利要求
1、2、3或4中任一权项所述的方法，其中所说的包套部件包括选自以下一族中的一种金属，这族金属包括不锈钢、Inconel金属、Fecral金属、Fecralloy金属、Hastalloy金属和Incoloy金属。
13.一种自支承陶瓷复合结构，该结构包括填料和埋置所述填料的多晶陶瓷基体，所述陶瓷基体包括(ⅰ)前体母金属与氧化剂的相互联结的氧化反应产物和任意的，(ⅱ)一种或多种金属成分，具有迭加在所述填料上的包套部件为保持所述陶瓷复合结构在压应力作用下，在原来位置上通过本征配合所产生的与所述陶瓷基体的紧密啮合。
14.如权利要求
13所述的陶瓷复合结构，其中所说的包套部件包括选自以下一族中的一种金属，这族金属包括不锈钢、Inconel金属、Fecral金属、Fercrally金属、Hastalloy金属和Incoloy金属。
15.如权利要求
13或14所述的陶瓷复合结构，其中所说的包套部件包括一圆筒状钢套，以及所说的陶瓷复合体包括一个由所述钢套包封的圆筒。
16.如权利要求
13或14所述的陶瓷复合结构，包括至少1%(体积)的金属成分。
17.如权利要求
13或14所述的陶瓷复合结构，其中所说的前金属为铝，所说的反应产物为α-氧化铝。
18.如权利要求
1或2所述的方法，其中所说的包套部件包括从以下一族中选出的一种金属，这族金属包括钛、锆和钢。
19.如权利要求
1所述的方法，其中所说的包套部件是这样一种部件它具有比所述陶瓷复合结构更大的热膨胀系数。
20.如权利要求
13或14所述的陶瓷复合结构，其中所说的包套部件具有比所述陶瓷复合体更大的热膨胀系数。
21.如权利要求
1或2所述的方法，其中所说的包套部件是加了内衬或涂有保护层能防止所说的母金属填料和氧化剂对所说的包套部件有任何显著的侵蚀
22.如权利要求
1所述的方法，其中所说的母金属被成型为形状模，至少在其复制成枪管孔的区域，而且，至少在先于步骤(a)所述的填料中埋置部分形状模。
23.如权利要求
13或14所述的的陶瓷复合结构，其中所说的陶瓷复合结构和所说的包套部件包括枪管或枪管内衬。
24.一种枪管，该枪管包括一个陶瓷内衬和钢套，该钢套是指迭加在所述内衬上为了保持所述内衬在压应力作用下，所述内衬包括陶瓷填料和埋置在所述填料中的多晶陶瓷基体，所述多晶陶瓷基体主要包括(ⅰ)母金属与氧化剂反应的相互联接的氧化反应产物，和(ⅱ)金属成分和/或气孔。
25.如权利要求
24所述的枪管，其中所说的陶瓷内衬具有带来复线的孔。
26.如权利要求
24所述的枪管，其中所说的基体由氧化铝组成，所说的填料由氧化铝组成。
27.如权利要求
26所述的枪管，其中所说的基体含有铝。
28.如权利要求
27所述的枪管，所说的铝组分高达约为所述基体重量的40%。
29.如权利要求
24所述的枪管，其中所说的陶瓷内衬是这样一种内衬，它是在可渗透的管状态陶瓷预成型体中由熔融母金属与氧化剂的氧化得来的。
30.如权利要求
24所述的枪管，其中所说的陶瓷内衬是有一个孔，当所说的壁体形成时由母金属的迁移和氧化产生的。
31.如权利要求
30所述的枪管，其中所说的陶瓷内衬是这样一个内衬，它由熔融母金属与氧化剂氧化而产生的，氧化是在围绕金属棒的多孔颗粒状陶瓷填料块体中进行的，当熔融母金属被连续地抽引经过所述的反应产物时，最后所得陶瓷氧化反应产物并渗透并生长进入而穿过所述的填料块体。
32.如权利要求
15所述的陶瓷复合结构，其中所说的包套部件具有比所述陶瓷复合体更大的热膨胀系数。
33.如权利要求
17所述的陶瓷复合结构，其中的包套部件具有比所述陶瓷复合体更大的热膨胀系数。
专利摘要
提供了一种生产自支承陶瓷复合结构的方法，该复合结构具有一个或多个包套部件，比如包套钢套管，陶瓷材料生长到包套部件的啮合表面使得它与复合结构联接。使母金属与由包套部件包封的填料体相接触。将最后所得装置加热到熔化并使用母金属氧化，例如铝，形成包含氧化反应产物多晶体材料。氧化反应产物生长穿过填料体而且停止在包套部件的啮合表面上，从而，包套部件确定了所生长的陶瓷基体的表面几何形状。通过冷却，包套部件与陶瓷复合体间形成收缩配合。本发明还提供了最终的制品，例如，具有一个固定在其上的不锈钢部件的陶瓷复合体。
文档编号C22C1/05GK87106037SQ87106037
公开日1988年6月29日 申请日期1987年9月1日
发明者马克·S·纽克尔克, H·丹尼尔·莱舍尔 申请人:兰克西敦技术公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan