本发明主要涉及自支承陶瓷体及其制造方法，包括各种复合陶瓷体，该陶瓷体具有一条或几条反复制出成型的散逸金属几何形状的孔道。 本申请的主题与1986年1月15日提交的和未决的美国专利申请系列818，943有关，系列号为818，943的申请是1985年9月17日提交的系列号为776，964申请的部分继续申请，系列号776，964的申请是1985年2月26日提交的系列号为705，787申请的部分继续申请，系列号为705，787的申请又是1984年3月16日提交的系列号为591，392申请的部分继续申请。所有申请的暑名为Marc S.Newkirk等人，题目为“新型陶瓷材料及其制造方法”。这些申请普遍地披露了利用一种特定的氧化反应去氧化一种母体金属前体制造自支承陶瓷体地方法。通过把一种掺杂剂熔合到母体金属的方式可以增强这种氧化反应，通过母体金属氧化反应产物生长制得具有希望大小的自支承陶瓷体。
正如1986年1月27日提交的共同所有和未决的美国专利申请系列号822，999披露的那样，把外掺杂剂施加到母金属前体表面可以改善上述的氧化方法，系列号为822，999的申请是1985年9月17日提交的系列号为776，965申请的一个部分继续申请，系列号为776，965的申请是1985年6月25日提交的系列号为747，788申请的一个部分继续申请，系列号为747，788的申请又是1984年7月20日提交的系列号为632，636申请的一个部分继续申请。所有申请的暑名为Marc S.Newkirk等人，题目为“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种或几种填料的自支承陶瓷体是在1986年1月27日提交的共同所有和未决的美国专利申请系列819，397披露的，该申请的题目是“复合陶瓷制品及其制造方法”，它是1985年2月4日提交的系列号为697，878申请的一个部分继续申请，题目是““复合陶瓷制品及其制造方法”。这两篇申请都是以Marc S.Newkirk等人名义提交。这些未决申请披露了由一种母体金属氧化反应产物长入一种渗透性的填料可制备一种自支承陶瓷复合体的新方法。然而得到的复合体没有确定或预定的几何构型。
利用氧化反应产物渗入一个预成型的填料即渗入预成型的填料并到它的界面的方法获得了为陶瓷体提供一个确定的或预定构型的可能性，即能够使一个陶瓷体生长成为预定的尺寸和预定的形状。这一技术披露在1986年5月8日提交的共同所有和未决美国专利申请系列861，025中，该申请的暑名为Marc S.Newkirk等人，题目为“定型的陶瓷复合体及其制造方法”。
上述方法的进一步的改进能够形成其中含有一个或几个空穴的自支承陶瓷结构，这些空穴反形复制了定型前体母金属的阳模形状，母金属是埋置在一种适合的填料床中，该填料在特定条件下至少是部分地自结合的，这正如在共同所有和未决的美国专利申请系列823，524描述的那样，该申请是1986年1月27日提交的，暑名是Marc S.Newkirk等人，题目为“制造陶瓷复合制品的反形复制方法以其制品”。对上述方法的另外的发展还能形成具有反形状的自支承陶瓷体，反形状可反复制埋置在填料体中母体金属前体的正图样。这正如在1986年8月13日提交系列号为896，157的共同所有和未决美国专利申请上描述的那样，该专利申请的暑名是Marc S.Newkirk，题目为“制造/带反形复制表面的陶瓷复合制品的方法及其制品”，在这两篇未决申请中，空穴反形制出母体金属的几何形状。
上述未决专利申请中所有披露内容特以参考资料形式列入本申请。
在某些应用中，人们对用陶瓷代替金属感兴趣。因为就陶瓷的特性而言，一些陶瓷优于金属，然而在制造这种替代品中也存在一些已知的限制和困难。比如标度的通用性，制造复杂形状的可能性，如何满足最终应用所要求的性能和费用问题。在上述未决专利申请叙述的系列克服了许多这类的限制和困难并提供了可靠的制造陶瓷材料，包括陶瓷复合体的新型方法。
系列号为823，542（同上）未决专利申请叙述的发明缓解了形成具有复杂内部空腔形状，特别是具有凹腔形状陶瓷体的一些困难。因为产生所需部件几何形状的内模在利用它生成陶瓷体后不易脱除，所以采用常规或已知的模压和烧结粉状颗粒方法对于制造这类形状的陶瓷产品是不适用的。虽然有时可用机加工成型的方法，把一个毛坯加工成所需部件形状，但由于费用过于昂贵而很少采用。
本发明依然是提供一个生产内含一个或几个内部通道陶瓷体的方法，该发明是提供一个生产体内有一个或多个孔道、通道、空腔或类似的构造自支承陶瓷体的方法，这类空腔结构可反形复制出已逃散金属的几何形状或模型。这种陶瓷体采用以下方法制得，用一种氧化剂氧化母体金属形成一种多晶材料，该材料主要包括氧化反应产物和一种或几种金属组份，包括来自易逃逸金属的金属成分，它们在陶瓷体形成时扩散到上述的陶瓷体中。按照本发明的方法，将一个成模或成模的易散金属组合件与母金属适当组配，使得母体金属的氧化反应产物的生长或发育至少淹没一部分成形的易散逸金属。把母体金属加热到超过它的熔点低于氧化产物熔点之间的一个温度，而形成母体金属熔体，在这一温度下，熔融的母金属和氧化剂作用生成氧化反应产物，在这一温度下至少有一部分氧化反应产物保持和熔融母金属和氧化剂接触并处于两者之间，通过氧化反应产物不断抽吸熔融的母金属最后达到成形短效金属周围，随着氧化反应在氧化剂和以前形成的氧化反应产物界面上继续进行而把散逸金属淹没起来。反应进行足够长的时间至少把一部分的成形散逸金属淹没在多晶材料中，被淹没的短效金属扩散进入多晶材料形成一条或多条实际上反形复制成形的短效金属几何形状的孔道。
在本发明的另外实施方案中，通过安放母金属邻接一种可透性的填料体和调节母金属和填料彼此之间排列方向，使氧化反应产物朝填料方向生成并进入填料体，用这种方法对上述方法加以改善用来生产一种自支承陶瓷复合体，该复合体内有一条或多条孔道。在这种情况下，用填料床支撑已成形的短效金属，氧化反应产物的生长的同时渗入填料并淹没了已成形的散逸金属，而散逸金属扩散到复合陶瓷体中。这里希望给成形的散逸金属加一种涂层来防止散逸金属因熔融而过早的熔化或过早的凹陷，由于熔化而失去预定的模型或构型。还可以进一步地选择一种涂层，当散逸金属扩散时涂层在孔道壁上形成一个衬里从而增强了陶瓷体的性能。
本发明的另一方面，是制备了一种自支承陶瓷体或陶瓷复合体，其内部含有一条或几条反形复制了成形散逸金属形状的孔道，如上所述它们是利用一种母金属的氧化现象得到。
本发明另一个特殊的方面包括从一种或几种铁、镍、铬和铬合金以及它们的一种或几种金属间化合物中选用一种金属作为散逸金属。
概括地说，本发明把未决专利中的工艺和一些新思想结合起来，利用一种技术能够比较精确地反复制出散逸金属模的近似大小和近似构型，也就是复制出一种金属的符合要求形状的预制结构，该金属可以扩散进入母金属氧化反应产物组成的多晶材料。利用这种技术保证生成具有一条或几条孔道的陶瓷体，其中包括一些复杂的通道，这些复杂的通道具有相互连通的，方向变化的，急剧转向的以及其他的复杂构型。当散逸金属扩散进入多晶材料中时，就留下了一条或几条反复制它从前形状的孔道。根据本发明的技术在陶瓷体中制得符合希望形状的内部通道和外通道比利用常规方法或用钻，磨及其他类似加工手段从一陶瓷毛坯制备符合所希望的形状要容易得多。
对本说明书和所附权利要求中使用的术语作如下定义：
“陶瓷”不能不适当的理解为经典意义的陶瓷体，也就是说，经典意义上的陶瓷是完全由非金属材料和无机材料组成的。相反，这里的陶瓷体是指在组成或主要特性方面主要是陶瓷的物料，虽然这种物体可能含有少量的或相当大量的一种或几种金属成分，该金属成分来自母体金属或来自氧化剂或一种掺杂剂的还原产物，按体积计算金属成分最典型的含量在大约1-40%之间，也可能含有更多的金属。
“氧化反应产物”通常是指一种或多种处于任何氧化状态的金属，其中金属给出电子或与另一元素化合物或它们的组合物共享电子。据此，“氧化反应产物”包括一种或几种金属和本申请中述及的氧化剂的反应产物。
“氧化剂”是指一种或多种合适的电子受体或电子共享体，在本工艺条件下它们可以是固体，液体或气体（蒸气）或它们的某种组合（例如，固体和气体的组合）。
“母体金属”是指金属，例如铝，该金属是多晶氧化反应产物的前体。其中包括比较纯的金属，市售的含有杂质和/或合金成分的金属，或一种金属前身为其主要成分的合金。当把一种特定的金属例如铝称为母金属时，应当按照这一定义去理解，除非在上下文中另有说明。
“散逸金属”是指一种金属化合物或合金。一旦它们被生长着的多晶氧化反应产物淹没，散逸金属就扩散进多晶材料中而遗留下一个在大小和形状上与散逸金属以前占据空间基本一致的孔道。当然散逸金属可以具有任何希望的或有用的构型，形态或形状，如空心体、颗粒、粉末、纤维、线、球、泡沫、金属毛、板、聚合体、条、棒、片晶、小球、管、金属丝织物，海绵、细管和薄片等形态。
“孔道”或“一些孔道”是用来泛指一种未填充的空间、空腔、通道或类似物，在一个合适的或构型符合要求的块体或坯体中，它们的尺寸不一定均一，也不局限于管状构型。
图1是一张正视图的断面示意图，表明一种母金属前体和一种成形的散逸金属彼此相邻地放在一种粒状填料床中构成的一个组合件，组合件装入一个耐高温的容器中。
图2是一张稍微放大比例的，成形的母金属前体和成形的散逸金属构成的一个组合件的平面图，该散逸金属就是图1组合件中使用的散逸金属。为了使图解说明清楚，省略了填料。
图3是沿图1中的3-3线绘制的剖面图。
图4是一张进一步放大比例的，从图1组合件制备的自支承陶瓷体的透视图，图中用剖视图的轮廓线说明形成的一些内通道，它们构成了一个通道网络。
图5、6和7分别是例1、2和3中陶瓷复合材料横截面的显微照片。
图8是一张陶瓷复合体的显微照片，该陶瓷体内部有一些用本发明的方法制造的孔道，一条由后面照亮的孔道说明了图上孔道的连续性。
在本发明的实施中，母金属是作为母金属和成形散逸金属组合件的一部分提供的。散逸金属被加工成一定的形状或一定的模型而提供一种构型，该构型就是要在陶瓷体内以一条或几条通道的形式反复制的构型。利用本发明的下述方法，能够在陶瓷材料生成和生长时在陶瓷体中反形复制出各种复杂的形状，如反形制一种通道网络。术语“反形复制”一词是用本发明方法制备的陶瓷体内的孔道是由陶瓷体的内表面所界定的并且基本上与工艺中使用的成形的易散金属的形状相同。可以通过一种合适的方法或手段，使成型陶瓷金属具有合适的构型。例如，可以用一种合适的金属丝做成一种金属丝网络，该网络就限定了通道网络要求的形状，大小和位置，同样，一种块状金属，比如一个棒，一个薄片，一条或一片金属也可以被适当地加工或轧制成需要的构型，或者对成形散逸金属进行浇铸、模压、挤压或别的成型处理使它具有某种几何形态，该形态就是陶瓷体中形成的孔道需要的几何形态。一般地成型陶瓷金属元件长度尺寸超过它们横截面厚度的尺寸。这样，如采用金属丝当作成形散逸金属能够制备出带有非常窄和非常细的开口的陶瓷体。成形的散逸金属可以由一块或几块经过一种或几种方法和方式已加工成合适形状的金属构成，当将其放置于填料床中，或将其安放得与母金属前体相邻时，由母金属氧化而生长着的多晶材料将淹没成形散逸金属，出现这种情况后，散逸金属渗入填料或至少渗入一部分的填料。
选择材料和反应条件以使得多晶材料不长入和占据成形散逸金属占据的空间，但又能淹没成形散逸金属，然后成形散逸金属扩散到周围的多晶材料里。无论散逸金属是熔入，熔合，扩散进入多晶材料或者是与多晶材料或多晶材料的某些组分发生其它的反应，其结果都是成型散逸金属最终迁移出它开始占据的空间或体积，并迁移到淹没它的多晶材料坯体中。这样就遗留下一个成形的孔道，该孔道实质上反复制了成形散逸金属的几何形状。因此，本发明提供了一个非常方便的方法，用对成形散逸金属进行定形或加工处理来代替对陶瓷体进行钻凿或其他的机加工处理，便能够在制备的陶瓷体内生成孔道的几何形状。
为了提供一个母金属源，母金属前体可以为任何合适的或方便的形状，例如，块体、平板、棒条或其他的形状。对于生成希望的孔道来说，没有必要要求母金属具有任何特定的形状或构型。相对成形散逸金属来说，只要母金属足以把成形散逸金属或把希望的那一部分散逸金属淹没在由母金属氧化形成的多晶材料长大的块体中就可以了。母金属可以从铝、锆、钛、锡和硅中选取。
实施本发明利用的填料可以是一种或几种符合要求的各种各样的材料。例如，填料可以由散粒材料，比如一种难熔金属氧化物如氧化铝的细粒组成，也可以为纤维或晶须状、或为纤维棉绒状的材料，例如陶瓷纤维。填料也可以由两种或多种这类几何构型的组合物构成。例如细小颗粒和纤维的一种组合物。只是要求填料的物理形态允许把成形散逸金属放在填料床或填料块体之上或之中，以及在本发明下述的氧化反应条件下，当需要氧化剂与母金属接触时填料对氧化剂和氧化反应产物应是可透过的。在使用一种气相氧化剂时，为了能使氧化剂和填料块体中的熔融母金属接触并氧化它们，填料对氧化剂必须是可透过的。
在本发明的实施中，成形散逸金属和母金属前体的组合件是通过把成形散逸金属和母金属放置得彼此相邻接的方式制备的。必要时可以用任一合适的方式支撑这些元件，例如把成形散逸金属支撑在填料床上或部分或全部支撑在填料床中。填料床也可以和母金属坯体相接触，也可以部分或全部地把母金属坯体围封起来。填料是可有可无的，不用填料也可以把成形散逸金属和母金属彼此相邻的放在一起。在任何一种情况下，把组合件加热到高于母金属的熔点而低于氧化反应产物熔点的一个中间的温度。加热形成了一个熔融母金属体或一个熔融母金属池，熔融的母金属暴露在上述温度范围内的一种氧化环境中。熔融母金属与氧化剂反应形成了由氧化反应产物组成的多晶材料，于是开始把成形散逸金属埋入正在生长的多晶材料中。至少有一部分氧化反应产物保持与熔融母金属和氧化剂接触并处于两者之间，因此当熔融母金属继续暴露在氧化剂中时，熔融的母体金属不断地被抽吸到氧化反应产物中并通过氧化反应产物与氧化剂接触，造成多晶材料在先生成的氧化反应物和氧化剂之间的界面上继续生长。随着氧化反应产物的不断生长，如有填料存在，氧化反应产物将渗入填料，并淹没成形散逸金属。这种过程一直进行到生长着的多晶材料已经淹没成形散逸金属，或将成形散逸金属淹没到一个选定的部位，被淹没的成形散逸金属随后扩散到多晶材料中去。
按照本发明制备陶瓷体的多晶材料，除了含有嵌入的某种填料外，还可含有一种或几种金属成分，比如母金属中没有氧化的一些成分，也可以含有一些空穴，或二者兼而有之，具体情况决定于进行氧化反应的条件，至少在成形散逸金属原先占有的空间的附近或其区间内，多晶材料还含有成形的散逸金属扩散的一些成分。在这些多晶材料中，氧化反应产物由一些相互连接的微晶，最理想地是三度空间相互连接的微晶组成，金属成分或掺杂物，或空穴也可能至少是部分的相互连接着。
散逸金属可能是由熔点大约和生长温度相同或低于生长温度的一种金属组成，不过在这种情况下，散逸金属复制的重现精度可能会因在氧化反应条件下，成形散逸金属由于过早熔化或软化发生形变而受到损害。然而这种过早熔化或软化对成形散逸金属精确反复制性能的有害影响可以通过用一种床坯或给成形散逸金属涂上一层耐高温的涂层支撑住金属模的方式加以避免或改善。例如，成形散逸金属有一种自粘连或可烧结材料细涂层，这种材料可以粘附在金属上面，使得在达到一定的高温时，涂层粘结或烧结而生成一种坚固的外壳把成形散逸金属包封起来。这种包层或外壳应该是可透过的以使散逸金属扩散到氧化反应产物中，这种包层可以是能够在多晶材料中进行扩散的或与多晶材料无法区别的一种材料。
成形散逸金属过早软化或熔化对成形散逸金属反复制造成有害影响的问题可以通过选用熔点高于氧化反应充分进时的温度的一种金属或合金作散逸金属而加以减少。当采用一种铝母金属时，熔点高于生成氧化反应产物时的温度的合适的散逸金属包括，例如以商标为FECRALLOY，KANTHAL和CABOT214出售的铁-铬-铝合金，这些商标为联合王国原子能管理局，坎赛股份有限公司（Kauthal Corporation）和卡伯特公司（Cabot Compang）的注册商标。
在某些情况下，为了改善或改变壁的性质希望孔道壁有一个衬里。做到这一点可以用一种合适的材料涂镀成形散逸金属，然后该材料被所形成的孔道邻近区域的陶瓷体淹没并结成一个整体。另外也可以选择这样一种涂层，它与熔融的母金属反应生成一种例如氧化物的化合物，这种氧化物可作为孔道的衬里。在氧化反应条件下，带有涂层的散逸金属将扩散到多晶材料中并进入孔道的邻近区域，而涂层材料形成一种衬里。选择的涂层材料能提供一个有希望特性如耐腐蚀性的衬里。例如，可以用不反应的粉粒，如碳化硅、氧化铝或类似物的粉粒涂镀成形散逸金属。生长着的多晶材料可透过粉粒淹没散逸金属，从而为孔道形成一个衬里，该衬里由一种嵌入粉粒的多晶材料基质构成。另外，也可以用一种可以被母金属还原的活性化合物，如一种氧化物涂镀成形散逸金属。用一种合适的粘合剂，例如涂敷一种由有机粘合剂和氧化物粉粒形成一种糊剂，为了达到希望的厚度可以施行一次或多次涂敷。例如，当在空气中用氧化一种铝母金属制备α-氧化铝多晶材料时，可以用一种能被熔融铝母金属还原的氧化物例如氧化铬，涂敷于散逸金属如Kanthal合金（一种铁铬铝合金）。氧化铬可能是由于和铝母金属中的一种或几种金属反应，而明显地被还原成金属铬，并扩散进入陶瓷体。件随氧化铬的还原而形成了氧化铝，结果陶瓷体内的孔道壁上衬里主要是氧化铝。这样一种技术也可以和一种或几种上面讨论那样的惰性粉粒结合起来使用，例如，混合氧化铬和氧化铝的粉粒，把这种混合物的涂层施加到散逸金属上。由此可见对成形散逸金属施加涂层不仅可以用来为孔道壁提供一个衬里，还能用来引进一种或几种组分，这些组分的本身或作为反应产物的成分能扩散到陶瓷体中，它们并不局限在孔道壁衬里的区域。
下面参看附图，图1示出一个耐高温的容器2，比如一个刚玉的容器，容器中装有填料床4，其中埋置一种成形散逸金属6，X-X平面下面是粉粒惰性材料的支撑床8，该惰性材料在制备条件下，对母金属来说是不可浸润的，对反应产物的生长来说是不能透过的。例如，在铝母金属处于适中的反应温度下，支撑床8可以由诺顿公司（Norton Compong）生产的E1氧化铝的粉粒构成。埋在填料床4和放在支撑床8上面的是母体金属10，母金属10可以是任何合适的形状，正如图1、2和3中说明的实施方案表明的那样，通常是有一个上表面11，一个相对的底表面13和若干侧面的矩形，平板构型。
在举例说明的实施方案中，成形散逸金属6由园形截面的散逸金属丝的组合件构成。参看图1、2和3，金属丝12有一个垫圈15，固定在邻近它的自由端，金属丝12的直径大于金属丝14的直径，而金属丝14直径大于16a、16b、16c、16d和16e任一个金属丝的直径，而16a-16e的直径相同，如图3所示，金属丝14实际上和母金属10的上平面11平行。虽然在图3中只能看到金属丝16a，它只是16a-16e中的一根金属丝，丝12与上平面11不平行，而在相对于从丝12自由端到与丝14的接点方向上，丝12安放得向上倾斜。16a-16e的每个金属丝的一端都与丝14相连接，单个的金属丝可以用某种合适的粘接剂，用某种机械连接方法或用某种合适的金属连接技术，比如低温焊接，钎焊或熔接的方法将它们接连起来。另外，成形散逸金属6或它的一些线段可以进行浇铸或做成一个整个体件。下面将会意识到成形散逸金属可以组装成任何合适的希望形状。例如，可以把一个或几个金属丝弄弯，成形散逸金属可以包括或由各种成形的金属另件，例如园盘、立方体、横切面为园形、椭园形或多边形的柱体，或者象带螺丝、带槽沟或带齿的等另件组成。例如，一个合适散逸金属做成的线圈弹簧可用来在陶瓷体内部形成一种螺旋状的通道。把成形的金属片和做成螺管状，园圈状，直线形或弯曲的金属线按照希望的方式组合起来制备希望构型的一种或几种孔道。
把图1中的组合件加热到足以熔融母金属10（并氧化母金属10），但不熔化成形的散逸金属6或不能熔化母金属生成的氧化反应产物温度范围内的某个温度。一种气相氧化剂透过填料床4，在所述的温度范围内与熔融母金属相接触并氧化熔融的母金属，从这里生长出氧化反应产物。例如当母金属是一种铝母金属时，氧化反应温度可以在大约800℃到1450℃，最好是从大约900℃到1350℃，用空气或另外的含氧气体作氧化剂，生成的氧化反应产物是α-氧化铝。抽吸熔融的母金属通过形成的氧化反应产物形成一个陶瓷体，该陶瓷体生长到图1中短划线5所标明的范围。随着反应的进行，成形散逸金属6被多晶材料淹没。这一反应一直继续到生长的多晶材料渗透至少一部分的周围填料4床体和全部或近于全部的成形散逸金属6。为了能够看见陶瓷体中金属丝的配置情况，可以方便地把线12和16a-16e的未稍统统都延伸超过母金属氧化制备的陶瓷体的生长范围。散逸金属扩散到淹没它的多晶材料里，于是成形散逸金属6迁移离开它从前占据的空间，同时留下了一个空穴或孔道。我们不希望受任何理论或推测的束缚，成形的散逸金属6好象在氧化反应条件下能够留存足够长的时间，多晶材料的生长被局限在成形的散逸金属的周围，就这样，一旦易散金属扩散掉，这些实际上反复制出成形的散逸金属6的形状的的孔道就留在陶瓷体内。或者更精确地说，这些孔道反复制了已经扩散了的成形散逸金属6的以前的形状，成形散逸金属6每个元件或每一部分的尺寸至少是近似地等于陶瓷体内形成的孔道尺寸。
在反应完成时，希望母金属基本上被完全氧化，以免母体金属和易散金属6的多晶材料包层（和一些填料4）堵塞孔道。将组合件冷却，把图1中用虚线5标出大小尺寸的生成的陶瓷复合体和留在容器2内多余的填料（如果有的话）分开。这些多余的填料或其一部分由于在反应温度下自身熔合可能形成一种凝固体。然而即使发生部分的烧结，利用砂磨、喷砂、破碎或类似的方法很容易把多余的填料从陶瓷复合体上除去。一种经济的技术是利用一种适合作填料或适合作填料的一个组分的材料粉粒作为磨料（砂粒）进行喷砂处理，清除的填料或磨料在后来的操作中还可以重新用作填料。在很多情况下都要对含有一个或几个孔道的陶瓷复合体进行机加工，抛光或另外的成形技术处理使其具有希望的外形。例如，象图4所示，陶瓷复合体18机加工成一个扁平的矩形体的块体，它有一个上表面20，前表面22，后表面24。陶瓷复合体18内形成的孔道是由相互连接的一些园形的通道12组成，有凹槽15，连接到一个支管通道14上，支管通道14′又和16a′，16b′，16c′，16d′和16e′一系列的排放通道连接，每一排放通道的一端都通向前表面22，通道12′的一端通到陶瓷体18的后表面24。下面将要看到，各种通道的形状反复制了成形散逸金属6的形状。除了附加一撇的标志外，这些通道的编号和他们反复制的各金属线相同。因而陶瓷体18是一个非常适于作为流体的喷头或分配器使用的部件，通过通道12′引入流体和通过16a′-16e′的通道进行分配，而无需钻通陶瓷体18就可以对这些通道进行精确地定位和确定它们的大小。利用适当的技术措施使陶瓷体长成所需大小和形状代替光让陶瓷体长到一个近似的形状，然后再把它机加工成一个完美外形的方法。比如利用一种象上面验证过的未决专利申请系列861，025详细描述过的一种预成形填料能够使陶瓷体生长成希望的大小和形状，利用这种技术避免了对陶瓷体进行广泛的磨制或机加工的必要性。
在有些场合希望，陶瓷体生长完全淹没散逸金属模，因此不形成通到外表面的孔道。能够把陶瓷产品打通，例如可以对其进行切割，磨制，断开，机加工等处理，至少使其中的一条孔通到或暴露到表面上。
根据本发明制造的一个自支承陶瓷复合体适于当作流体排放喷头、喷丝头、计量嘴或类似的部件用以调节或促进一种流体，例如一种液体、气体、熔融的金属、多聚物、树脂等的流动和通过。这里以及权利要求中使用的“流体排放喷头”泛指任何类型的喷头，例如液体的喷射或排放喷头，挤压喷头，在人造纤维或人造丝的熔喷或抽丝中使用的那些喷嘴等。而“喷丝头”是指在玻璃纤维或人造有机多聚体纤维熔料纺丝中通常使用的一种特殊的喷头。根据组成流体流动通道的一个或几个孔道要求的构型和大小来对散逸金属进行成形和确定在填料中的位置。通过对散逸金属成形处理，使得形成的孔道到陶瓷复合体一个或几个表面的方法或是通过对在内部已经生成了希望孔道的复合体进行开孔的后处理打开一个或几个孔道，可以使陶瓷体中形成的孔道具有一个入口和一个出口，所谓对陶瓷复合体的“开孔”是指对陶瓷进行任何的机加工、切制、磨制、钻、断裂等处理，为陶瓷体的一个或几个孔道提供出入口。本发明能制造具有一种复杂流体通道的陶瓷复合部件。例如按照本方法可以制造的一种制品，该制品把若干条入口孔道结合成较少几条或单独一条出口孔道;或者反过来把来自单一入口孔道的流量分到若干个出口孔道中去，正如在内燃机的燃料喷射器的喷嘴，或适用于挤压多聚物纤维的喷丝头中看到的那样。同样，利用使散逸金属成为特定的形状也可以在入口和出口孔道之间产生错综复杂的通道，这些通道，例如可以提供一个混合室，为了混合几个入口孔道供给的不同流体。
虽然以铝作为母金属为例，对该发明的实施方案做了详细的描述，但不应限制对其他符合本发明标准的包括硅、钛、锡、锆和铪等一些合适母金属的使用。例如，本发明的具体实施方案有：当铝作为母金属时，α-氧化铝或氮化铝作为氧化反应产物;当钛作为母金属时，氮化钛作为氧化反应产物;当硅作为母金属时，而碳化硅作为氧化反应产物。
可以采用一种固体、液体或气态的氧化剂，或这些氧化剂的一个混合物。例如，典型的氧化剂非限制地包括氧、氮、一种囟素、硫、磷、砷、碳、硼、硒、碲和它们的化合物和混合物。比如，二氧化硅（作为氧源），甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、乙烯和丙烯（作为碳源），以及一些象空气，H2/H2O和CO/CO2的混合物，后两种混合物（即H2/H2O和CO/CO2）用于降低环境氧的活性。因此，本发明的陶瓷结构除了其他成分之外，可以含有由一种或几种氧化物、氮化物、碳化物、硼化物和氧氮化物构成的氧化反应产物。更准确地说，氧化反应产物可以是一种或几种氧化铝、氮化铝、碳化硅、硼化硅、硼化铝、氮化钛、氮化锆、硼化钛、硼化锆、碳化锆、碳化锆、氮化硅、硅化钼、碳化钛、碳化铪、硼化铪和氧化锡。
虽然仅以使用气相氧化剂对本发明的具体实施方案做了说明，但任何合适的氧化剂都可采用。如果一种气体或蒸气氧化剂即气相氧化剂被用来制造一种埋置于一种填料的陶瓷体，使用的填料对气相氧化剂来说是可透过的，使得当填料床暴露到氧化剂中时，气相氧化剂就穿过填料床与里边的熔融母金属相接触。“气相氧化剂”一词是指一种蒸发出来的或通常是气体的物质，它们提供一种氧化性的气氛，最好是在常压下。例如在铝是母金属，氧化铝是希望的氧化反应产物的情况下，氧或含氧的气体混合物（包括空气）是较理想的气相氧化剂。由于显而易见的经济原因，一般情况下空气是最理想的。当我们把某一氧化剂看作是含有或由一种特定的气体或蒸气组成时，这就意味着在使用的氧化环境条件下，在氧化剂中所指的气体或蒸气是母金属唯一的，主要的或至少是一种有效的氧化剂。例如，虽然空气的主要成分是氮，但由于氧是比氮显著强的氧化剂，所以空气中的氧是母金属唯一的氧化剂。因此空气在“含氧气体”氧化剂的定义范围之内，而不属于“含氮气体”氧化剂的范围。一个“含氮气体”氧化剂的实例是合成气体，含有96%体积的氮和4%体积的氢。
当采用一种固体氧化剂时，通常是把氧化以散粒的方式和填料混合或作为填料颗粒的一种涂层分散到整个的填料床中，或分散到与母金属邻近的一部分填料床中。可以采用任何一种合适的固体氧化剂，这包括象硼或碳那样的元素，或可还原的化合物，象二氧化硅或热力学稳定性比母金属的硼化物反应产物低的某种硼化物。例如，当使用二氧化硅作为一种铝母金属的固体氧化剂时，生成的氧化反应产物是氧化铝。
在一些情况下，使用固体氧化剂的氧化反应可以进行的如此之快，由于反应过程的放热特性致使氧化反应产物熔化，这种情况能降低陶瓷体微观结构的均匀性。把反应活性比较低的惰性填料掺入配方中能够避免或缓和这种快速的放热反应。这类合适的惰性填料的一个实例是一种和给定的氧化反应产物相同的材料。
如果采用一种液体氧化剂，用氧化剂浸透整个的填料床或与母金属相邻的一部分填料床。所谓的液体氧化剂系指在氧化反应条件下是一种液体，所示一种液体氧化剂也可能有一个固体的前身，比如一种在氧化反应条件下熔融的盐。当然液体氧化剂也可以有一个液体的前身，如某种物质的一种溶液，该溶液通过浸没方式用来浸渍一部分填料或全部填料，在氧化反应条件下熔化或分解提供合适作氧化剂的那一部分。这种意义的液体氧化剂的例子包括一些低熔点的玻璃。
如果要使用填料时，该填料或可由单独的一种材料或由两种或多种材料的混合物组成，而且它们不会扩散到多晶材料中去。一种合适的填料包括具有下面特性的化学物质，它们在工艺流程的温度和氧化条件下不挥发，是热力学稳定的，不和熔融的母金属反应也不过分的溶于熔融的母金属。已知的许多材料由于符合这些标准对工艺是有利的。例如，在使用铝母金属和使用空气或氧气作为氧化剂的情况下，这类的材料包括单一金属的氧化物：如铝，Al2O3;钙，Ca O;铈，Ce O2;铪，Hf O2;镧，La2O3;锂，Li2O;镁，Mg O;钕，Nd2O3;镨，各种镨的氧化物;钐，Sm2O3;钪，Sc2O3;钍，Th O2;铀，UO2;钇，Y2O3和锆，Zr O2。此外，许多二元的，三元的和高级金属化合物如铝酸镁冰晶石Mg O·Al2O3也包括在这种稳定耐高温的化合物之内。
第二类合适的填料或填料组分是一些在较理想的实施方案中氧化和高温环境中并没有固有的稳定性，但由于比较慢的降解反应的动力学性质，它们可以作为一种填料引入到生长着的陶瓷体中。一个实例是碳化硅，如果这种材料不形成一种氧化硅的保护层覆盖在碳化硅的颗粒上阻止碳化硅的进一步氧化的话，该材料在根据本发明，用氧或空气氧化铝要求的条件下将会完全氧化掉。氧化硅的保护层也能防止碳化硅粉粒烧结或防止它们自身熔合或与填料的其他成分熔合。
第三类的合适填料是一些象碳纤维一类的材料，无论根据热力学或动力学的性质都不能预期它们在实施本发明要求的氧化环境中或将其暴露在与较佳实施方案有关的熔融金属中还能保存下来，但是如果1）形成的环境比较不活泼，例如用H2/H2O或CO/CO2作为氧化性气体，或2）对碳纤维施加一种涂层，例如氧化铝的涂层，使得填料在氧化环境中或与熔融金属接触中成为动力学上非反应性的，这样就能使纤维与本发明的工艺条件相匹配。
正如未决专利申请中说明的那样，掺杂材料和母金属结合使用，在某些情况下对氧化反应过程能够产生好的作用，特别是在使用铝作为母金属的系统中更是如此。掺杂剂的功能或几种功能是由掺杂剂本身以外的各种因素决定的。例如，这类因素包括有：当使用两种或几种掺杂剂时，这些掺杂剂的特定的组合，与一种和母金属熔合的掺杂剂结合外部施加掺杂剂，掺杂剂的浓度，氧化环境和工艺条件。
和母金属一起使用的一种或几种掺杂剂（1）可以当作母金属的一个合金成分提供，（2）可以施加到至少一部分母金属的表面上，或（3）可以施加到或掺进一部分或全部的填料原材料或其预制件中，或者把（1），（2）和（3）中的两种或多种技术结合起来加以使用。例如，一种合金掺杂剂可以单独使用或和第二种外部施加的掺杂剂结合一起使用。在技术（3）的情况下，是把辅助掺杂剂或某些掺杂剂施加到填料原材料上，这可以按照未决专利申请中说明的任何合适的方式完成这种施加操作。
正如下面叙述的那样，对铝母金属有效的，特别是用空气作氧化剂时有效的掺杂剂包括镁、锌和硅。或者单独使用或彼此结合一起使用或与另外的掺杂剂结合一起使用。可以把这些金属或一个合适的金属源熔合到铝基母金属中去，其中每种金属的浓度按生成掺杂后金属总量计算，重量百分数大约为0.1-10。这些掺杂金属或他们的一种合适的源如Mg O，Zn O可以从外部施加给母金属。对于铝-硅合金作母金属，使用空气作氧化剂，使用Mg O作一种表面掺杂剂可以得到一种氧化铝的陶瓷结构。Mg O的量高于大约每克被氧化母金属0.0008克，并且在施加Mg O的母金属的表面上，Mg O数量高于大约每平方厘米表面0.003克。
另外的对用空气氧化铝母金属有效的掺杂剂材料的实例包括钠、锗、锡、铅、锂、钙、硼、磷和钇，可以单独使用，也可以与一种或几种掺杂剂结合一起使用，这决定于氧化剂和工艺的条件。稀土元素如铈、镧、镨、钕和钐也是有用的掺杂剂，特别是与另外掺杂剂结合起来使用时更是如此。象在未决的专利申请中说明的那样，所有的掺杂剂材料都能有效地促进铝基母金属体系中多晶氧化反应产物的生长。
用本发明的技术制得的陶瓷复合体结构通常是一种致密的，凝聚块体。除去孔道以外，复合体结构总体积大约5%到大约98%是由一种或几种埋置在多晶基质材料中的填料成分构成。当母金属是铝时，多晶基质材料通常的构成如下，按重量（多晶材料的重量）计算，相互连接的α-氧化铝的重量大约60%到98%，母金属和散逸金属的不氧化成分的重量（基数相同）大约1%到40%。
列举下面几个例子说明本发明明显方面的实际应用。
例1
按照本发明制造的一种陶瓷复合体在其结构内具有螺旋状的孔道。使用的散逸金属是一种市售的金属线（Kanthal A，购自坎赛股份有限公司（Kabthal Corporation），有一种合金的组成，按重量计算5%Al，22%Cr，0.5%Co，剩余部分为Fe，熔点大约为1510℃，直径为0.032英寸），将上述一股金属线绕制成一个大约1英寸长，直径为7/8英寸的线圈，在氧的气氛和1200℃下把线圈加热36小时在其表面上生成一氧化物层。取下卷制好的线圈并将其绕到一种铝合金（380.1号）的圆柱状料坯上（购自贝尔蒙特金属公司（Belmont metals），其标定技术指标为：按重量计算8-8.5%Si，2-3%Zn，和0.1%Mg作为活性掺杂剂，和3.5%Cu以及同样数量的Fe，Mn和Ni，剩余部分为Al，但我们发现Mg的含量有时高到0.17-0.18%）。该坯料的长度为1英寸，直径为7/8英寸，绕圈的绕制从坯料的一端开始而终于坯料的另一端。把绕上线圈的坯料放到氧化铝的填料床中（38氧化铝，购自诺顿公司（Norton，Co），90目），填料装在一个耐熔的容器中，以使坯料的一个圆形面稍微高出填料床的水平面。在填料床的上面铺一层氧化铝粉料（El氧化铝，购自诺顿（Norton）公司，90目）覆盖住露出来的坯料表面，该粉料在被铝的氧化反应产物埋置的工艺温度下实际上是不熔的。把这个装置放到加热炉中，在5小时内把炉子加热到1050℃，在空气中炉温在1050℃维持48小时，在另外5小时内冷却降温。从炉中取出装置，回收陶瓷复合体，该复合体由埋置在氧化铝填料床成分中的铝的氧化反应产物构成。从复合体的表面除去多余的未埋置的填料原材料，剖开陶瓷复合体的断面展现生成的螺旋状的孔道，孔道具有散逸金属线圈的几何形状。图5是一张放大100倍的陶瓷复合体横截面的显微照片。如图5所示，散逸金属扩散离开了原来的位置从而生成了孔道。形成孔道的直径为0.0035英寸，散逸金属线和形成的孔道直径上的细微差别是由于金属线受热膨胀和复合体受冷收缩之间的差异造成的。
例2
根据本发明制造的一种在其结构中含有4条基本上平行的孔道的陶瓷复合体，使用的散逸金属由4段镍线构成（纯度为99.9975%，熔点为1453℃），大约4英寸长，直径1mm。把一个长4 1/2英寸，宽2英寸，厚1/2英寸与例中使用的相同的铝合金380.1的铝棒放到一个和例1中相同的耐熔氧化铝粉料（El Alundum），购自诺顿，90目）的床中，使一个4 1/2×2英寸的表面露在大气中，基本上与耐熔填料床齐平。在暴露出来的铝合金的表面顶部放一层大约1/4英寸深的氧化铝填料（38氧化铝，购自诺顿公司，90目）。把4根镍金属丝大体相互平行地放在填料层上部，使得它们近似等举例地平行于下优铝合金棒4 1/2×2英寸的表面。然后用一层同样的氧化铝填料材料（38氧化铝）把这些线覆盖住。把这个装置放到加热炉中，在空气中5小时内把炉子升温到1080℃，炉温在1050℃保持48小时，在5小时的期间内冷却降温。从加热炉中取出该装置，回收生成的陶瓷复合，该陶瓷体由埋在氧化铝填料材料中的铝的氧化反应产物构成。为了说明替代镍金属生成的孔道情况将回收陶瓷复合体的断面剖开。图6是一张陶瓷复合体横截面的照片，表明在其结构中有4条平行的孔道，对每条孔道的直径进行测量，直径为1.06mm。
例3
除了散逸金属线是由例1使用的Kanthal A材料组成，并在其表面涂上一层Cr2O3（和聚乙烯醇混合作为一种施加的赋形剂，涂一薄层），然后再涂上一层胶体二氧化硅和氧化铝粉粒（38氧化铝，购自诺顿公司，500目）的混合物之外，本例中的装置和操作步骤都与例2叙述的一模一样。在例2描叙的相同的时间范围内加热该装置，回收生成的复合体。制取回收复合体的剖面来展现形成的孔道。图7是一张放大50倍的显微照片，显示了散逸金属从原来的位置基本消耗掉而形成的一条孔道。此外，显微照片还显示了由涂层生成的，和孔道基本上是同轴的环状衬里。根据扫描电子显微镜对衬里的分析，衬里实质上是氧化铝，图7上显示的孔道的直径为0.035英寸。