195630. lajstromszámú szabadalom • Eljárás új alumíniumoxid-dús kerámiák előállítására
1 195 630 A találmány új, alumíniumoxidban dús kerámiák előállítására vonatkozik. Közelebbről: a találmány fokozott salakellenállással, hőingadozástűrésse! és elektromos ellenállással rendelkező öntött, vagy plasztikus masszából extrudált és zsugorított Al203 tartalomban dús kerámiai testek, főként tűzálló termékek előállítására szolgáló eljárást ad meg. Ismeretes a 150 411 Ijsz. magyar szabadalmi leírásból, hogy a maliit kristályrácsába a Fc20, és a Ti02 beépítésének elősegítésére hidroszilikátokat és kovasavgélt használnak, miközben a (Al203+Fe203 + Ti-02) : Si02 mólarányt 0,7- 1 között állítják be. Mullithordozó anyagként természetes, előégetett szillimanil, kianit, andaluz.il vagy szintetikus mullil nyert felhasználást. Az eljárást nehézkessé teszi az, hogy a természetes előfordulású előegetett mullithordozó ásványok hozzáférhetősége jelentősen nehezebbé vált. Ismeretes az is, hogy a béta-mullit 76-78 % A1203- t tartalmaz, amely azonban csak elektromos ívfény hőmérsékletén állítható elő és általában 2—3 % korundot tartalmaz. Ennek fajsúlyút különböző szerzők 3,017 — 3,132 g/cm3 közötti értéknek adják meg. Ez a nudlit igen tiszta, mert technikai timföldből és tiszta homokból állítják elő. Az anyag azonban közvetlen kerámiaipari célra azzal a hátránnyal bír, hogy nehezen extrudálható. Tűzálló anyagként ismertetésre került l550 °C-ig használható termék, amelynek Al203 tartalma 50-70 %, melyet timhidrát vagy bauxit felhasználásával biztosítanak, kikötés az, hogy bauxit használata esetén annak Fe(III)-oxid tartalma legfeljebb 3 % lehet - lásd: 167 018 Ijsz. magyar szabadalmi ieírás. Az NSZK 1 204 208 Ijsz. közzétételi irat szerint szemcsenövekedés gátlására az alumíniumoxid kerámiák előállításánál kb. 0,25 % MgO-t adagolnak. Az NSZK 21 1! 583 sz. nyilvánosságra hozatali irat olyan aluminium-oxid kerámiák előállítását ismerteti, amelyeknél az oxidkeverékeke' AI-Mg-spinell bevitelével egészítik ki és a színterelés 1300-1650 °C-on történik. Az NSZK 21 44 28 sz. nyilvánosságra hozatali iratból megismert eljárásnál az Al203+ MgO keverékhez LiF-ot adnak, a szinterelést 1300- 1600 °C-on végzik. A termék optikailag transzparens. Az egyes korundkerámiák 50 % fölötti spinel! tartalommal is rendelkezhetnek, ahogy az az NSZK 21 45 545 sz nyilvánosságra hozatali iratban olvasható. Spinell-bázisú aluminium-oxid kerámiák 25-35 % MgO+ 65 — 72 % Al203-ból kiindulva állíthatók elő az NSZK 29 24 287 lajstromszámú szabadalmi leírás alapján. Az NSZK 23 50 166 ijsz. szabadalmi leírásból megismert szintereit kerámiák a következő összetétellel rendelkeznek: AI203 = 92-98 súly%, TiO2 = 0,5-2,0 s%, ZnO vagy Fe-oxid = 0,5-5,0 s%, és adott esetben 1 %-ig terjedően további kísérő oxidokként CaO, MgO, alkálink. Az Angol i 027 939 Ijsz. szabadalmi leírás A!,03 kerámiák gyártásában zsugorodást elősegítő anyagként említi az MgO őrlés közbeni bevitelét mindössze 0,1 —0,3 %-ban. Az Angol I 046 582 Ijsz. szabadalmi leírás szerint a magas alkáli-oxid tartalmú alumínium-oxidok alkáli tartalmának csökkentésére H3B03 adagolást javasolnak. amely izzilás során clgözölögvc magával viszi a káros fémoxidokat, másrészt elősegíti a zsugorodást. Hátránya a megoldásnak, hogy az így készült kerámiák hőállóságát nem javítja ez az adalék. A Francia I 451 018 Ijsz. szabadalmi leírásban ismertetett eljárás során aluminium-oxid porhoz talkum adagolásra kerül sor mintegy 0,5 %-ig terjedő mennyiségben azért, hogy a termék porozitásút csökkenteni tudják. Ez az adalék a pórusokba beolvad. Jelentős hátránya azonban c módszernek az, hogy az adalék üvegfázist képez, ami a tűzállóságot rontja. ' Más megoldás szerint talkum és kaolinit keverékéből kordierit, azaz 2 MgO • 2 A!20, • 5 Si02, majd további, pl. feleslegben hozzáadott aluminium-oxid hatására pedig zaíirin, azaz. 4 MgO 5 Al203 • 2 Si02 ásvány keletkezik, Ez utóbbi 1482 °C-on bomlás közben, spinel! keletkezése mellett megolvad, amely olvadék egyrészt elősegíti a nudlit keletkezését, másrészt megakadályozza a jelenlevő kristályos fázisból a nagyméretű kristályok keletkezését. Az aluminium-oxid tartalom növelésével a termék mechanikai és elektromos tulajdonságai javíthatók, ugyanakkor azonbi.n a höingadozás tűrés romlik. Ilyen anyagok, pl. korundtermékek jó eredménnyel állíthatók elő MgF:., MgO 0,1-1 %-os mennyiségű adagolásával, lásd: industrielle Keramik, 1969. Vol. II. p. 138., valamint a Keramik Zeitschrift, 1981. V. 33., p. 12. alatti közleményt. Az égetéshez 1750 “C hőmérséklet szükséges. Az ismert megoldások hátránya, hogy részben nehezen hozzáférhető természetes előfordulású ásványokból, mint mullithordozókból, így pl. szillimanit kianit, andaluzit alapanyagokból indulnak ki a mullitszintézis biztosításához, másrészt megállapítottuk, hogy kaolin, gamma timföld és korund felhasználásával előállított mull l-tartalmú termékek 70-72 % Al203 tartalom esetén nagyon porózusak (25 — 38 % porozitás!), annak ellenére, hogy 1500- 1700 °C égetési hőmérséklet esetén a röntgenográfiai vizsgálatok teljes átalakulást jelezlek. További hátrány az is, hogy a szintézis során üveges olvadékfázis keletkezik, s ennek következtében a termékek elektromos vezetőképessége idővel, a használat során romlik. A jelenség okaként említhető, hogy fémekkel érintkezve az üvegfázisban levő Si02 redukálódik 1400 °C körüli hőmérsékleten, s a fémmel tartósan érintkezve SiO-vá alakul, majd kis mennyiségben fém szilícium is keletkezik, miközben pl. Pt— PtRh hőelem esetén a fém oxidálódik, a fém szilíciummal ötvöződik és megváltoztatja azok elektromotoros erejét, így a hőelem hamisan mér. Megállapítottuk azt is, hogy gamtna-alumíniumoxid (timföld) esetén a reakció más irányú, nevezetesen kordierit, majd nagymennyiségű nagykristályos mullil keletkezk, amely a tűzálló termék hideg mechanikai és a termomechanikai tulajdonságait egyaránt rontja. Célul tűztük ki fenti hátrányok kiküszöbölését, és olyan, magas aluminium-oxid tartalmú tűzálló kerámiák előállítását, melyek üveg-fázis tartalma csekély, vagy ettől mentes, ugyanakkor porozitása jelentősen csökkentett. Azt találtuk, hogy fenti célkitűzés akkor teljesíthető, ha a következőképp járunk el: 55-98 tömeg% alfa-korund, és/vagy alfa-timföld, legföljebb 43,5 tö-A 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
