192712. lajstromszámú szabadalom • Eljárás polikristályos, főleg kőolaj-bányászati rendeltetésű szinterkorund kerámiák előállítására
1 192712 2 A találmány tárgya eljárás 99-99,9 tömeg % aluminium-oxid-tartalmú, finom kristályos szövetszerkezetű, fokozott élettartamú és nagy megbízhatóságú kerámia idomtestek előállítására, aluminium-vegyület, előnyösen aluminium-hidroxid, böhmit, gamma-aluminium-oxid vagy alfa-aluminium-oxid vagy ezek keveréke adalékanyagokkal történő aktiválása és zsugorítása útján. A találmány szerint előállított kerámiai idomtesteket elsősorban a kőolaj-bányászattal kapcsolatos területeken használjuk fel. Az aluminium-oxid kerámiák gyártástechnológiájából ismeretes, hogy annál magasabb hőmérséklet szükséges a nyers idomtest tömörre zsugorításához, minél tisztább és minél durvább kristályszemcsézettségű alapanyagból lett formázva, és akkor könnyebb a szintere lése, ha sok hasznos adalékot tartalmaz, és nagyobb a formázásra szánt por fajlagos felülete. Ezen kívül figyelembe kell venni a nyersanyag kalcinálási hőmérsékletét, a szennyezések és az adalékok minőségét, a kiindulási sűrűséget, a kemence gázatmoszféráját, a szinterelési időt stb. is. Természetesen, az alapanyag fajlagos felülete nem növelhető tetszés szerint. Egyrészt ennek határt szab az örlőberendezés hatásfoka és az aggregálódás, másrészt a túl finomra őrölt porból igen nehéz vastagfalú idomtesteket készíteni, mivel a szinterelés alatt fellépő, mintegy 20 % lineáris zsugorodás miatt azok könnyen elrepedhetnek. Ismeretes továbbá, hogy a zsugorítás során a hőmérséklet függvényében mintegy tízszeres szemcseméret-növekedés lép fel, ami főleg a kerámiai idomtest mechanikai szilárdságát, kopásállóságát csökkenti, holott éppen a finomkristályos, átlagosan 10 Aim alatti szemcseméretű kerámiák rendelkeznek a legkiválóbb tulajdonságokkal. Mindezeken a kerámia-gyártók úgy segítenek, hogy a nyersanyagokat előbb kalcinálják a szemcsehalmazok tömörödése érdekében, majd az így durvább szemcséjűvé tett anyagot őrléssel finomítják, s ezzel egyidőben olyan adalékanyagot visznek be a keverékbe, amely gátolja a zsugorítás folyamán bekövetkező szemcseméret-növekedést. Ilyen eljárást ismertet például a 3 377 176 és 4 174 973 sz. amerikai egyesült államokbeli, továbbá az 1 264 914 sz. nagy-britanniai szabadalmi leírás. Az ismert megoldások szerint néhány tized tömeg % mennyiségű magnézium-oxid és ittrium-oxid bevitelével gátolják a szemcseméret-növekedést. A fenti adalékanyagok hozzáőrlését javasolja Búron is [Amer. Ceram. Bull., 61 (2), 221 (1982)], azonban ezekkel az adalékanyagokkal sem csökkenthető a zsugorítási hőmérséklet 1700 °C alatti értékre, ami egyébként kívánatos lenne. Többféle adalékanyagot alkalmaztak Abraham és munkatársai [Cercel Metal. Inst. Bukarest, 20, 505 (1979)]: magnézium-oxidot, titán-dioxidot, króm(III)-oxidot, mangán(II)-oxidot és nikkel(II)-oxidot őröltek az aluminíum-oxidhoz, de így is magas hőmérsékleten, 1750 °C-on kellett végezniük a zsugorítást 6 órás hőkezeléssel. Homogénebb szövetszerkezetű kerámia alakítható ki, ha az általánosan használt magnézium-oxid helyett a magnézium más, vízoldható vegyületét adagolják az aluminium-oxidhoz, célszerűen még akalcinálás előtt. Így magnézium-nitrát-oldat alkalmazását javasolja Shaw [Brit. Ceram. Trans. J., 83 (5), 138 (1984)] és Ikegami [J. Amer. Ceram. Soc., 67 (3), 174 (1984)]. A 172 193 1sz. magyar szabadalmi leírás szerint pedig kevés magnézium-szulfátot és sok alumínium-szulfátot tartalmazó oldat hőkezelésével állítanak elő ultrafinom szemcsézettségű aluminium-oxidot. Bár az igy a hőkezeléssel előállított magnézium-oxid hatása kedvezőbb, a zsugorítási hőmérséklet változatlanul túlságosan magas. A zsugorítási hőmérséklet csökkentésére különféle adalékanyagokat alkalmaztak: így a 13Be0.7Y20ß képletű szinterport [163 704 lsz. magyar szabadalmi leírás]; titán-dioxidot [Bruch, J. Amer. Ceram. Soc., 55 (2), 114 (1972)] vagy 1 % tantál(V)-oxidot, magnézium-oxidot és nikkel(II)-oxidot [Coble, Amer. Ceram. Soc. Abstr., 1983, 225]. A zsugorítási hőmérséklet akár 1400-1600 °C-ra is csökkenthető 2 tömeg % titán-dioxid és 2 tömeg % mangán(II)-oxid egyidejű hozzáadásával vagy 3-6 tömeg % szilikát, elsősorban talkum, kordierit vagy amortit adagolásával. Az így készített kerámia tulajdonságai azonban már a benne jelenlevő sok egyéb anyagtól is függnek. Ez egyes esetekben előnyös lehet, például az aluminium-oxid-alapú kerámia könynyebb fémezhetősége vagy gazdaságosabb előállítása érhető el, nem ad lehetőséget azonban nagytisztaságú aluminium-oxid kerámiák készítésére. A találmány célja olyan eljárás biztosítása, amely minimális mennyiségű szemcseméret-növekedést gátló és zsugorítást elősegítő adalékanyag alkalmazásával teszi lehetővé legalább 99 tömeg % aluminium-oxidból álló kerámiák előállítását viszonylag alacsony hőmérsékletű szintereléssel. Azt találtuk, hogy a fenti célt elérjük, ha a kerámiai idomtestek alapanyagát képező aluminium-vegyülethez/vegyületekhez annak/azok aluininium-oxidban kifejezett mennyiségére számított 0,05-0,5 tömeg % itirium-oxidot vagy vele egyenértékű mennyiségű, hevítéssel oxiddá alakítható ittriumsót adunk, a keveréket célszerűen őrléssel homogenizáljuk, majd kalcinálással az ittrium-oxid legalább 80 tömeg %-át reagáltatjuk az aluminium-oxiddal, és/vagy ugyanolyan vagy eltérő aluminium-vegyülethez/vegyületekhez annak/azok aluminium-oxidban kifejezett mennyiségére számított 0,05-0,5 tömeg % lantán-oxidot vagy vele egyenértékű mennyiségű, hevítéssel oxiddá alakítható lantánsót adunk, a keveréket célszerűen őrléssel homogenizáljuk, majd kalcinálással a lantán-oxid legalább 80 tömeg %-át reagáltatjuk az aluminium-oxiddal, és/vagy ugyanolyan vagy eltérő aluminium-vegyülethet/vegyületekhez annak/azok aluminium-oxidban kifejezett mennyiségére számított 0,05-0,5 tömeg % neodimium-oxidot vagy vele egyenértékű mennyiségű, hevítéssel neodimium-oxiddá alakítható neodimiumsót adunk, a keveréket célszerűen őrléssel homo5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
