179981. lajstromszámú szabadalom • Eljárás aluminiumoxid kerámiák, főként polikristályos szövetszerkezetű aluminiumoxid kerámiák alapanyagának kialakítására
5 179981 6 ■ V A12(S04)3.18 H20-A1203 Mönsúly: 666 g (100%) Mólsúly: 102 g (15,3 súly%) illetve alumínium-ammónium-szulfát esetén: NH4A1(S04)2.12 h2o - ai2o3 Mólsúly: 453 g (100%) Mólsúly: 102 g (11,2 sûly%) ami 11,2—15,3 súly%-os alapanyag-gyarapodással jár. Mindkét adalékanyag fajta alkalmazása esetén hőhatásra a duzzadás jelensége lép föl. Ez egyrészt az oldatból származó vízgőznek, valamint a kristályvíznek a pórusokból való rohamos távozásából, másrészt az adalékanyag bomlásával keletkező gázok intenzív fejlődéséből és gyors eltávozásából adódik. A gyorsan fejlődő és táguló gőzök, gázok gátolják a szemcsék egymás közötti összesülését, mintegy széttartva azokat, de nem gátolják az egyedi szemcsék kívánatos tömörödését. Ezt segíti elő a legalább 300 °C/óra előnyösen 400+ 500 °C/ ■óra felfűtési sebesség. Az eközben fellépő feszítő erők mechanikai feszültséget hoznak létre a kristályhalmazokban. Ezek a feszültségek a Smeikal-féle hibahely elméletnek megfelelően elősegítik a később bekövetkező aprítást. A mechanikai feszültségek keletkezését még fokozhatjuk, ha a tömörödéshez szükséges 30—120 perc hőn tartási idő elteltével 20 perces levegőbefúvatást is alkalmazunk, s csak e „befagyasztás” után hagyjuk a kalcinált anyagot lehűlni. Az adalékanyag visszamaradó bomlásterméke alumínium-oxid, mely néhány száz A°-ös szemcsézettségével igen reakcióképes, s mint ilyen, elősegíti a későbbi zsugorítást. Mint oldatból keletkező anyag a nyersanyag felületére és belső pórusaiba adszorbeálódik, azokat kitölti, s kolloid eloszlású alumíniumoxidként a tömörségüket fokozza. Ez kedvező hatást biztosít, mert az alapanyag sűrűsége megnő, s mint formázott idomtest zsugorodása is kisebb mértékű. A víz, kristályvíz, a duzzadó anyag, valamint a gőzök és a fejlődő gázok, széles intervallumban fejtik ki kedvező hatásukat, így a kalcinálás valamennyi megfelelő hőmérsékleten elvégezhető. A találmány szerinti eljárással kialakított alapanyag kedvező őrölhetőséggel rendelkezik, ami például száraz közegű szemcsefinomítás esetén a kalcinálandó nyersanyag kémiai összetételétől, morfológiájától, eredetétől, fajlagos felületétől stb. függően az eddigi őrlési időket közel felére rövidíti. Az általában 0,7—1,5 jam átlagos szemcsézettségűre őrölt alapanyagnál a formázástól függően általában 13—15% lineáris zsugorodást tapasztaltunk. Ez a finom szemcsézettségű porok zsugorításának szemszögéből viszonylag kis érték az idomtestek repedésre való hajlamát csökkenti, s egyben a mérettartás szempontjából is kedvező. A találmány szerinti alapanyag kialakítási eljáráshoz kapcsolható más célú, pl, szemcsenövekedést gátló vagy alkália-tartalmat csökkentő hatású adalékanyagok nyersanyaghoz való adagolása és a találmány szerinti eljárás ilyen anyagkeverékkel történő elvégzése. Az egyes adalékanyagok hatásukat egymástól függetlenül fejtik ki, ami a kerámiagyártást egyes tisztítási, összeőrlési, illetve elegyítési műveletek összevonásával egyszerűbbé, gazdaságosabbá teszi. Ennélfogva a találmány szerinti eljárás egyaránt alkalmas mind a timföld, mind nagytisztaságú alumíniumoxid alapanyagok kialakítására. A találmány szerinti eljárást, néhány példa bemutatásával részletesebben ismertetjük. 1. példa 0,5 m2/g fajlagos felületű, max. 1200 °C hőmérsékleten előizzított, 99,7 súly%-ban Al203-ot és max. 0,1 súly%-ban ossz. alkáliát tartalmazó alumíniumoxidból 500 g-ot bemérünk. 500 ml desztillált vízben feloldunk 73.5 g, azaz 14,7 súly%-nyi analitikailag tiszta A12(S04)3.18 H20-t, majd az oldatot a nyersanyaghoz öntjük és elkeverjük. Óvatos bepárlás és elszívás mellett a víztartalmat 10—15 súly%-ra csökkentjük, amit egyszerű súlyméréssel állapítunk meg. Az alumínium-szulfátot tartalmazó nedves nyersanyagot hőlökésálló, korund-alapú izzítótokba tesszük, lefedjük, majd levegőbefúvatásra alkalmas, pl. petróleum-, vagy propán-bután gáztüzelésű kemencébe helyezzük. A felfűtés sebességét 400+ 500 °C/órára állítjuk be, majd 1600+ 25 °C hőmérsékletet elérve 30—45 perc hőntartást alkalmazunk. Ennek elteltével a felfűtést megszüntetjük és 20 percen át levegőt fúvatunk az izzítotok köré, majd a kalcinált anyagot hagyjuk a kemencével együtt kihűlni. Kihűlés után az alumíniumoxidot, amely már a bevitt 73.5 g alumínium-szulfátból keletkező 11,3 g Al203-ot is tartalmazza, ismert módon, előnyösen száraz közegű őrlésnek vetjük alá. Az őrlemény—őrlőgolyó súlyaránya 1: 20, őrlési segédanyag 1 súly% tisztított elain, az őrlési idő a kialakított szemcsefinomságtól függően 20— 60 óra. őrlés előtt szilikáttartalmú adalékot viszünk be, előnyösen 4 súly% kordieritet, majd finomra őrölt alapanyagból ismert módon formázott idomtesteket készítünk, előégetjük és 1640 °C hőmérsékleten tömör szerkezetűvé szintereljük. A szinterelés során a 97,5 súly%-ban A1203 tartalmú idomtestek 13,5—14%-os lineáris zsugorodásúak voltak. A kapott késztermék igényesebb villamos szigetelő célokra, így integrált áramköri vastagréteg hordozó lapkának, hermetikus lezáró toknak, potenciométer pályának, forgató tengelynek és szigetelő gyöngynek, URH- csévetestnek stb. alkalmazható. 2. példa A m2/g fajlagos felületű, max. 1200 °C hőmérsékleten előizzított,99,5 súly%-ban, Al203-ot és max.0,25 súly%ban alkáli-oxidokat tartalmazó alumíniumoxidból — timföldből — bemérünk 500 g-ot. 600—7bÖ (ml vízben feloldunk 86,5 g azaz 17,3 súly%-nyi A12(S04)3.18 H20-t és 25 g azaz 5 súly%nyi (NEl4)2SO4-0t. Az oldatot a nyersanyaghoz öntjük, keverés közben bepároljuk, majd a kapott 10—15 súly% víztartalmú nyersanyagot az 1. sz. kiviteli példánál leírtak szerint 1525+25 °C hőmérsékleten 60—80 perc hőntartással kalcináljuk, és levegő befúvatással lehűtjük. A kihűlt és a keletkezett 13,2 g alumíniumoxid súlytöbblettel rendelkező alapanyagot ismert módon 20— 40 órán át őröljük, előnyösen szilikát-tartalmú adalék jelenlétében, majd a kapott 1—1,5 jtm átlagos szemcséjű port formázzuk, tömörre zsugorítjuk. Az idomtesteket elsősorban textilipari vonatkozásban kopásálló alkatrészként, valamint kisebb igénybevételnek kitett villamos szigetelőkként használjuk. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
