197553. lajstromszámú szabadalom • Eljárás 85-99 tömeg% alumíniumoxid tartalmazó szinterkerámiák előállítására
197553 Vizsgálatok során megállapítottuk, hogy égy, két vagy több fémoxid külön-külön bevitele az alumínium-oxid alapanyaghoz annak tulajdonságaira, mint például olvadáspontra és hőkiterjedésre másként hat, mintha előbb, külön egy egységes, homogén vegyületté alakítjuk azokat, s mint ilyet visszük be az őrléskor, de mindenképpen a formázás előtt. Ezen felismerés, valamint az Al203-Mg0- -Ti02 fázisdiagrammja [A.S. Bereznoj, N. V. Gulko, UKRAIN KHIM. ZHVR. 21 (2) 162 (1955)] alapján (1. ábra) eljárásunkban először egy alumínium-magnézium-titanát (Al203.2Mg0.4Ti02) 1570°C olvadáspontú entektikus adalékanyagot készítünk a következő módon: 13—29 tömeg%, előnyösen 20 tömeg% alumínium-oxidot, 8—20 tömeg%, előnyösen 16 tömeg% magnézium-oxidot és 51—79 tömeg% titán-dioxidot és/vagy ezekkel egyenértékű, hőhatásra oxidot adó sóikat — előnyösen alumínium-hidroxidot, alumínium-szulfátot, magnézium-nitrátot vagy magnézium-karbonátot — homogenizáló őrléssel összekeverünk, majd kisebb előtömörítés után 1200—1400°C hőmérsékleten Oxidáló atmoszférában 2—4 órás hőkezelést végzünk, két lépcsőben, hogy a túl nagy összesülést elkerüljük, majd kihűlés után a darabos anyagot elporítjuk. (Az oxidáló atmoszféra a TiÓ2 redukálódását gátolja meg.) Az így készített adalékot önállóan, vagy célszerűen a hővezetőképességet javító fémezést megkönnyítő vagy egyéb adalék (ok) jelenlétében vittük be az alapanyaghoz 0,5—5, előnyösen 2 tömeg%-ban. Találmányunk lényegét képező alumínium-magnézium-titanát adalék kiválasztásánál figyelembe vettük, hogy az Al3+-ion sugarához (0,050 nm) közelálló Mg2+-ion (0,065 nm) és a Ti4+-ion (0,068 nm) könnyen épül be a korund-rácsba, ami az előállítás menetét lerövödíti, s egyben stabil kristályszerkezetű kerámiát biztosít. A beépülést nagyban megkönnyíti az alumíniumban jelenléte, sőt elősegíti más adalékok, például cirkónium (IV)-oxid, króm(III) -oxid, és/vagy szilikátok reakcióját is magával az alapanyaggal. A titán-dioxid, a zsugorítás alatti szemcsenövekedést gátló magnézium-oxiddal és az alapanyaggal is azonos Al203-al vegyületet alkotva, mint adalék, a formázott test mikroszkopikus méretű alumíriium-oxid kristály határfelületén lejátszódó szilárd, illetve folyadék-fázisú reakciót előmozdítja, s ezáltal meggyorsítja a kristályok egymásba oldódását, illetve újrakristályosodását. Ezáltal biztosítja a homogén szövetszerkezetű, polikristályos alumínium-oxid kerámia kialakítását. A találmányunk szerinti eljárás tehát azon alapszik, hogy a szintetikus úton külön előállított, 1570°C olvadáspontú, alumínium-magnézium-titanát ternér rendszer mint adalék már kis mennyiségben is hatásosan segí3 ti elő, előnyösen 1500°C hőmérséklet körül, a magas hőmérsékleten kalcinált, és/vagy kémiailag szennyezett, tehát nehezen zsugorítható alumínium-oxidból formázott, s célszerűen más hasznos adalékokat, így hővezetőképességet javító, fémezést megkönnyítő is tartalmazó idomtestek egyenletes zsugorodását tömörödését. Egyben gátolja ezen viszonylag nagyméretű idomtestek égetés alatti deformációját, elrepedezését. Ennek eredményeképpen az eddig ismertektől nagyobb méretű, több liter űrtartalmú korund-edények, illetve jó kopásállóságú alaktestek is készíthetők, az általánosan alkalmazott zsugorítási hőmérsékletnél 100—200°C-al alacsonyabb hőmérsékletű szintereléssel. Ugyanakkor a lineáris zsugorodás a szokásos 17—20%-ról 13—16%-ra szorítható le. Mivel a találmányunk szerinti alumínium-magnézium-titanát adalék lineáris hőkiterjedése 25—1000°C között mérve körülbelül egy nagyságrenddel kisebb 1,2—2,1 • 10_6/°C) a tiszta alumínium-oxid kerámiákénál 7— 11 • 10-6/°C), adagolásával — mennyiségétől függően — a szinterkorund hőkiterjedése is kisebb lesz, mely hőtágulás-csökkenés kedvez a nagy méretű testek készítésének. A találmányunk szerinti eljárással viszonylag nagy méretű, max. 10—12 kg tömegű, tömör és kopásálló, vagy pórusos szerkezetű, és jobb hőlökésállóságú, s az adott célokra megfelelő egyszerű, vagy bonyolult alakzatú idomtesteket állíthatunk elő gazdaságosan, a kereskedelemben kapható alumínium-oxidokból, még a viszonylag sok (0,4 tömegig) alkáliét tartalmazó timföldekből is ;MSZ 12535), mert a bevitt szilikát üvegfázis formájában stabilan leköti azokat. A nagyobb méretű idomtestek előállításához azok szinterelés alatti zsugorodását Kellett csökkenteni. Ezt biztosítjuk az alapanyag magasabb hőmérsékletű kalcinálásával, a nyers-sűrűség növelésével, és a színterelés körülményeinek megváltoztatásával, elsősorban az alumínium-magnézium-titanát adalék használatával. A fokozott kopásállóság feltétele a finom szemcsézettségű alapanyag és az adalékok kristályszemcséinek egymáshoz való szilárd kapcsolatának biztosítása. Ezt a találmányunk szerinti eljárásban finom-őrléssel, az Al203.2Mg0.4Ti02 használatával, a nagy nyers-sűrűségre történő formázással és a lehető legalacsonyabb hőmérsékleten való szintereléssel értük el, figyelembe véve, hogy a finom szemcsézettségű alapanyag nagyobb mértékben zsugorodik, mint a durvább, s így a nagyobb méretű és vastagabb falú idomtesiek előállítása — elsősorban a könnyebb el- i epedés miatt — problémát okoz. Adalékunk hatását tehát fokozhatjuk, mintegy irányíthatjuk, ha az adott rendeltetésű kerámia előállításakor még további, önmagukban ismert anyagokat, így például hővezetőképességet javító, fémezést megkönnyítő adalékanyagot is beviszünk az alapanyag-4 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
