164834. lajstromszámú szabadalom • Eljárás fémkerámiai anyagok előállítására

3 164834 4 Minden ilyen anyag nehezen folyó és különösen egymással szemben nagyon közömbös, ezért csak melegsajtolás útján lehet tömör anyagot előállítani belőlük. Ezt utóbbi műveletei isméit motion nagy hőmérsékleten és nyomáson végzik, ismételten nem 5 használható grafit présformákban. E műveletnél a kiindulási komponenseket igen finoman el kell porítani. Az említett feltételeket nyilvánvalóan nehéz megteremteni, ezért a kiindulási anyagok paramétereivei szemben támasztott követelményeket kell valamilyen módon enyhíteni. A kiindulási anyag összetételét az előállítási körülmények annvira korlátozzák, hogy azt a maximális termo mechanikai ellenállás elérése érdekében lényegében nem lehet változtatni. 15 A találmány célja, hogy eljárást biztosítson elgőzölögtető testek anyagaként használható fémkerámiai anyagok előállítására a fentiekben említett nehézségek kiküszöbölése mellett. 20 A találmány által megoldandó feladat tehát az, hogy olyan összetételű fémkerámiai anyagot állítsunk elő fűtőtestekhez ill. olyan eljárást dolgozzunk ki az anyag előállítására, amely lehetővé teszi, hogy a megfelelő összetételű anyag agresszív közegben 25 ellenálljon a hőmérséklet ingadozásainak és a korróziónak. A kitűzött célt a találmány szerint oly módon valósítjuk meg, hogy a kiindulási anyagok keveréké- ^ hez fém alumíniumot adunk. A fém alumínium az agglomeráció során reagál a bórnitriddel és azzal alumíniumnitridet és alumíniumboridot képez. Az átalakulás a szemcsehatárokon történik, és hozzájárul ahhoz, hogy alacsony hőmérsékleten és kis nyomáson 35 tömör szerkezet alakul ki. Ennek következtében csökkenteni lehet a kiindulási anyagkeverék szemcsefinomságával szembeni eddigi szigorú követelményeket. Az alumíniumborid jelenléte következtében az anyag elektromos ellenállása is stabilizálódik, hiszen az alumíniumborid a titándiboridtól eltérően magas hőmérsékleten is tipikusan félvezető A fémkerámiai anyagot a találmány szerint a titádiborídot és bórnitridet tartalmazó kiindulási 45 anyag melegsajtolása útján állítjuk elő. A kiindulási sajtolóanyagot, amely 8-10 súly% alumíniumot, 35-75 súly% titándiboridot és 57-15 sül// bórnitridet tartalmaz, 1700-1800°C-ra melegítjük és ezen a hőmérsékleten sajtoljuk. F műszaki megoldás annál is inkább meglepő, mert az irodalomban eddig nem említették, hogy az aluminium és a bórnitrid között kémiai reakció lehetséges. (G.A.Jassinskaja „Pulvermetallurgie", Nr 55 7,53, 1966, és G.W. Samsonow „Nichtmetallische Nitride", Metallurgie Verlag, M, 1969.) E reakció valószínűségét csupán az általunk végzett számítások reakció standard izobár-izoterm potenciálja az első Ulich-közelítés alapján: SG -T - 1580O-O,37T és az egyensúlyi állandó 1800°C-on: Ka = 0,7 . 102

. 65 A találmány szerint a fémkerámiai anyagokat a kiindulási anyag előzetes finomra őrlése nélkül állítjuk elő. A kész fémkerámiai anyag porozitása ennek ellenére a kiindulási anyag porozitásának 4-5%-a. ° A találmány lényege tehát, hogy új összetételű fémkerámiai anyagot és olyan eljárást biztosít az említett anyag előállítására, amely lehetővé teszi, hogy elkerüljük a sajtolásra kerülő anyag munka- 75 igényes finomra őrlését és a melegsajtolást alacsonyabb hőmérsékleten végezhetjük. A találmány szerinti fémkerámiai anyag, amelyet agresszív közegeknek kitett fűtőtestek készítésére használhatunk, a kiindulási sajtolóanyagban 35-75 súly9? titánboridot, 57-15 súly% bórnitridet és 8-10 súly% alumíniumot tartalmaz. Az említett anyag melegsajtolás közben 1700--1800°C-ra való felmelegítésének hatására az alumínium reagál a titándiboriddal és a bórnitriddel, és legalább részben alumíniumnitriddé és alumíniumboriddá alakul. Ezt a következtetést kísérleteink eredményeiből vontuk le. Az alumíniumn'trid és alumíniumborid képződés elsősorban a szemcsék felületén megy végbe, aminek következtében a szinterezési folyamat aktiválódik és lehetővé válik a sajtolási hőmérséklet csökkentése. Az alumíniumnitrid képződés térfogatnövekedéssel jár, ami a pórusoknak alumíniumnitriddel való kitöltését és a porozitás csökkenését okozza. A porozitás tehát annak ellenére csökken, hogy a kiindulási komponenseket durva szemcsés alakban használtuk. A porozitás csökkenése következtében a fémkerámiai anyag agresszív közeggel érintkező felülete csökken, és így az anyag korrozióállósága megnövekszik. Az anyag korrózióállóságát növeli még az a körülmény is, hogy a találmány szerinti eljárást alumíniumnitrid jelenlétében hajtjuk végre. Az utóbbi anyag igen jól ellenáll a folyékony olvadt fémek és a fémek és a fémgőzök korrodeáló hatásának. A kiindulási anyagok melegsajtolása közben keletkező alumíniumborid magas hőmérsékleten félvezető és stabilizálja a fémkerámiai anyag elektromos ellenállását. Kísérleteink eredményeit az. alábbi táblázatban mutatjuk be, ahol a fémkerámiai anyag fizikai-mechnakai jellemzőit foglaltuk össze a sajtoló anyag összetételének függvényében. BN-tar- TiB, AI Sűrű- Porozi- Fajlagos ellenállás talom tar súly% ség tás, % ohm/cm súly% talom g/cmä súly% 20°C 16O0°C 45 45,8 9,2 2,64 145 1,62.10-2 2,0.10-2 38,7 52,6 8,7 2,81 11,2 4,3.10-3 7,2.lO"3 34,7 56,8 8,5 3,28 2,85 1,33.10-3 1,7.10-3 A találmányt az alábbi példákkal világítjuk meg közelebbről az oltalmi kör korlátozása nélkül. /. példa 62 súly rész TV-15-66 szovjet szabvány szerinti titándiboridot, 30 súlyrész STV-71-341-65 szovjet szabvány szerinti bórnitridet és 8 súlyrész GOST 5494-50 szovjet szabvány szerinti fém alumíniumot betoltunk egy porcelán golyós malomba. A golyók a malom térfogatának felét foglalják el. Az anyagot 6 órán át őröljük 50-60/perc fordulatszámmal. A melegsajtolást grafit présformákban végezzük. A termékeknek a formákhoz és a nyomófejekhez való tapadását oly módon előzzük meg, hogy az utóbbiak felületét bórnitriddel kenjük be. A sajtolást az alábbi körülmények között végezzük.