179981. lajstromszámú szabadalom • Eljárás aluminiumoxid kerámiák, főként polikristályos szövetszerkezetű aluminiumoxid kerámiák alapanyagának kialakítására
3 4 a rendelkezésre álló, szemcsék közti tér egyenetlen kitöltése, valamint a durvább szemcsék jelenléte megkövüli a zsugorítás megemelt, 1700—1750 °C hőmérsékleten való végzését. Ez nemcsak igen energiaigényes művelet, hanem a kristályszemcsék további feldurvulásával is jár, ami a kerámia-termék minőségét kedvezőtlenül befolyásolja. Az ismert és fentiekben vázolt alapanyagelőkészítési eljárás egy másik hátrányossága az energiaigényessége mellett a hosszadalmassága. Ez a kellő hatásossággal végrehajtott kalcinálás során túlzott mértékben összesült szemcsehalmazok hosszadalmas őrlésében jelentkezik. Ugyanakkor ez sem vezet a kívánt eredményre, mert a hosszadalmas őrléssel sem nyerhető a további feldolgozáshoz minden szempontból megfelelő szemcsézettségű és kedvező morfológiai tulajdonságokkal rendelkező alapanyag. Az ismert eljárás hátrányosságainak elkerülése végett célszerű minél alacsonyabb hőmérsékleten kalcinálni, de azt úgy végrehajtva, hogy az alapanyag a tömörödéshez szükséges hőmennyiséget fel tudja venni, s ugyanakkor azt oly módon elvégezve, ami biztosítja a gazdaságosan kialakítható finom szemcsézettséget, őrölhetőséget, a formázott idomtestek szinterelésekor bekövetkező zsugorodásának és zsugorítási idejének csökkentését. A találmány alapját az a felismerés képezi, hogy a nyersanyagokhoz előzetesen bevitt adalékok segítségével a kalcinálással egyidejűleg gőz és gáz fejlesztésével elérhető, hogy a nyersanyagban olyan belső feszültségek alakuljanak ki, amelyek a későbbi porítást, őrlést elősegítik. A találmány szerinti eljárás során az alumíniumoxid kerámiák, főként a polikristályos szövetszerkezetű alumíniumoxid kerámiák alapanyagát az ismert eljárásoktól eltérő jellegű hőkezelés, kalcinálás útján, és szükség szerint őrléssel alakítjuk ki. A találmány jellemzője, hogy a kalcinálást megelőzően a különböző polimorf alumínium-oxidhidrát vagy a különböző módosulatú alumínium-oxid nyersanyaghoz összesülést is gátló adalékként a kalcinálás hőfokánál alacsonyabb hőmérsékleten gőz- és gázfejlődés kíséretében bomló, vízben oldott és/vagy kristályvizet tartalmazó, előnyösen alumínium-szulfátot, alumínium-ammónium-szulfátot önállóan, vagy ezek tetszőleges arányú elegyét adagoljuk, azzal elkeverjük, a víztartalmát bepárlással 10—15%-ra csökkentjük, majd izzítókba téve kalcináljuk úgy, hogy kalcinálási csúcshőmérsékletre legalább — 300 °C/óra felfűtési sebességgel hevítjük, majd a gyorsított lehűtés után az ismert módon a kívánt szemcsefinomságúra őröljük. A találmány szerinti eljárás előnyös foganatosításánál az adalékanyagok mennyiségét úgy választjuk meg, hogy a belőlük keletkező alumínium-oxid mennyisége az alumínium-hidroxidféleségek és/vagy alumínium-oxid nyersanyag mennyiségéhez viszonyítottan legalább 1— 2 súly// legyen. A kapott, egymástól különálló, de egységükben tömör szerkezetű és mechanikai feszültségeket tartalmazó szemcsehalmazok viszonylag könnyen őrölhetők a kívánt, könnyebben zsugorítható szemcsézettségre. A szükséges adalékanyagok mennyisége főképp a kalcinálandó nyersanyagok fajlagos felületétől függ, annak növekedtével növekszik. Összesülést is gátló, gőzt és gázt fejlesztő adalékanyagként előnyösen vízben, és/vagy kristályvizében oldott alumínium-szulfát és/vagy alumínium-ammónium-szulf|t al^alrttazható. Alumíninm-ammónium-szulfát adagplásj esetén kiindulhatunk előzetesen előállított adalékanyagból, vagy vízben oldott alumínium-szulfáthoz ammónium-szulfát bevitelével képzett elegyből is. Az alumínium-szulfát és/vagy alumínium-ammónium-szulfát komponensekből álló adalékanyag mennyiségét a kalcinálandó nyersanyagra vonatkoztatott súly%-ban külön-külön, az alábbi táblázat alapján célszerű megválasztani, ahol egyes értékeket tapasztalati úton, más értékeket pedig grafikus ábrázolásból, leolvasás útján kaptunk. A kalcinálandó nyersanyag fajlagos felülete, BET-eljárással mérve (m*/e) Bemérendő reagens mennyisége a nyersanyag súly%-ában AljtSOJ, • 18 H20 NHjAUSO,), • • 12 HjO 0,05 11,1 15,1 0,1 13,0 17,8 0,5 14,7 20,0 1,0 17,3 23,5 3,0 21,2 28,9 5,0 22,8 31,1 6,0 24,5 33,3 10,0 26,1 35,5 50,0 34,2 46,6 100,0 39,1 53,3 200,0 45,7 62,2 300,0 49,0 66,7 A kalcinálandó nyersanyag fajlagos felülete a táblázatból láthatóan 0,05—300 m2/g, a kristályvizet tartalmazó adalékanyag nyersanyaghoz viszonyított súly%-os mennyisége alumínium-szulfát esetében 11,1—49,0 súly%, alumínium-ammónium-szulfát esetében 15,1— 66 7 súly% közötti, ill. az ezekből keletkező A1203 mennyisége 1,7—7,5 súly% között változik. Az adalékanyag a hatását az alábbiak szerint fejti ki. Az alumínium-szulfát vízben jól oldódik, s oldat formájában adagolva, a nyersanyag szemcséi között és a pórusokban hatásosan eloszlik. A vízben kevésbé oldódó alumínium-ammónium-szulfát alkalmazásának előnye fokozott gázfejlesztő képességében nyilvánul meg. A kalcinálás során az alumínium-szulfát adalékanyagból, illetve adalékanyag-komponensből előbb eltávozik a vízgőz, majd kb. 200 °C hőmérsékletig a kristályvíz szintén gőz halmazállapotban, erős duzzadás kíséretében, 600 °C körüli hőmérsékleten az alumínium-szulfát kezd bomlani kén-dioxidra és kén-trioxidra, amely gázok eltávoznak a rendszerből, miközben alumíniumoxid marad vissza. Az alumínium-ammónium-szulfát adalékanyag, illetve adalékanyag-komponens előbb megolvad, elveszti kristályvizét, fokozott duzzadás közben az ammónium-szulfát távozik belőle, majd kén-dioxidot veszítve finom eloszlású alumínium-oxidra bomlik. A visszamaradó ammónium-szulfát szublimál, s közben ammóniára és kénsavra bomlik, majd maradéktalanul távozik a rendszerből. Az alumínium-sókból keletkező alumínium-oxid százalékos mennyiségét az alábbi kémiai átalakulások jellemzik, alumínium-szulfát esetén: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
