198429. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú alakos munkadarab előállítására
1 198 429 2 jellemző, anyaguk azonban a fém alapanyagból, illetve annak fémes összetevőiből származik. Az elő minta és a gátló elem egyidejű alkalmazására épülő előnyös foganatosítási módokat az ábrákon fi.-7. ábra) mutatunk be és ezekre az 1. példa kapcsán is fogunk hivatkozni. Ebben az esetben az előminta anyaga 500 mesh szemesézettségű szilícium-karbid volt. A pontosan reprodukálandó határfelületet permeábilis szerkezetű kalcium-szulfát (alabástromgipsz) rétegével jelöltük ki, amely a gátló elem szerepét játssza. Ezt a réteget tixotróp zagyként, illetve paszta konzisztendájú anyagként hoztuk létre, amely azután hidrolízis révén köt meg és megkönnyíti az elrendezés kezelését. Az elrendezést kemencében a kívánt hőmérséklet-tartományba eső hőmérsékletre melegiljük, a hőmérséklet fenntartásával a polikristályos oxidációs reakciótermék növekedését és az előmintába történő infiltrációját a meghatározott határfelületig biztosítjuk. A kalcium-szulfát réteg biztosítja, hogy az előminta ezzel borított felületein túlmenően a poükristályos anyag ne jöhessen létre. Az oxidativ reakció feltételei között a kalcium-szulfát dehidradálódása következik be, ami azért előnyös, mert egyszerű módon, például kaparással, dörzsöléssel, esetleg kis teljesítményű homokfúvással a morzsalékony réteg jól eltávolítható a kész kerámia anyagú végtermék felületéről. A találmány szerinti eljárást foganatosítottuk olyan összetett szerkezetű munkadarab előállítására is, amelyben az eredetileg fém alapanyag által elfoglalt belső üreg negatív reprodukálását biztosítottuk. Ilyenkor a gátló elemet olyan anyagként választjuk meg, amelynek strukturális integritása elegendő az elrendezés összetartására. A szemcsés töltőanyagot a megfelelő alakra hozott fém alapanyagnak legalább egy részét körülvevően helyezzük el, de nem szabad megengedni, hogy a töltőanyag szemcséi a poiózus anyagú gátló elemen át elszivárogjanak. A gátló elemet ezért általában olyan lyukasztott vagy hálószerű szerkezetű tartályként hozzuk létre, amely a töltőanyagot körbefogja és például fémhálóként biztosítja az alaktartást. Ha az így kialakított gátló elem az oxidativ reakció feltételei között nem képes a szükséges strukturális integritását megőrizni, a hálószerű réteget egy külső, például kerámiából, acélból vagy megfelelő vasötvözetből készült hüvellyel vesszük körül, amely koncentrikusan fogadja magába a lyukacsos bevonatot. Az így kialakított hengeren lyukasztást kell biztosítani a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer átengedésére, hogy így a hüvelyen és a töltőanyagot körbevevő rétegín áthatolva az oxidálószer kapcsolatba kerülhessen a megolvadt fém alapanyagaga]. A hüvely és a bevonó réteg kapcsolatát úgy kell kialakítani, hogy ezen, mint gátló elemen át a töltőanyag részecskéi ne távozhassanak. A töltőanyag felületének alakja kongruens a tartály belső felületével és ez a végeredményként kapott összetett szerkezetű kerámia test alakjában reprodukálódik. A 12. ábra és a 6. példa ezt a foganatosítási módot mutatja be, amikor vízszintes elrendezésben fém tartály képezi a gátló elemet. Nyilvánvaló, hogy az eddigiekben is ismertetett gátló elemek közül egy vagy több az oxidativ reakció magas hőmérsékletén és kedvezőtlen feltételei között összetételében, anyagának megjelenésében változásokat szenvedhet. Ezek a kémiai és fizikai folyamatok vezetnek oda, hogy például kalcium-szulfátból (alabástromgipszből) és ahimínium-trioxidból álló keverék alapján létrehozott gátló elemnél létrejöhet kalcium-alumínium-oxiszulfát. Ha a gátló elem anyaga AISI 304 jelű rozsdamentes acél, akkor várható, hogy az acélt alkotó fémek egy része a folyamat feltételei között oxidálódik. Mindez azonban nem okozliat zavart, mivel a kerámia test felületéről a gátló elem maradványait könnyen el lehet távolítani. A találmány szerinti eljárás foganatosítási módjai révén kapott összetett szerkezetű kerámia anyagú munkadarabok általában olyan koherens termékek, amelyekben a kerámia anyagú összetett szerkezetű összetevő térfogatának 5...98 t%-át az előminta anyaga és a poükristályos mátrix anyaga alkotja. A polikristályos mátrix az előminta anyagát beágya;rva hordozza. Ha a fém alapanyag alumínium, a polikristályos anyagú mátrixban 60... 99 t% részarányban (a polikristályos anyag térfogatához viszonyítva) egymáshoz kapcsolódó alumíniumtrioxid részecskék vannak, míg a térfogat maradék részét, tehát a polikristályos anyag 1...40 t%-át a fém alapanyag és annak oxidáiatlan komponensei foglalják el. A találmányt a továbbiakban elsősorban olyan rendszerek vonatkozásában ismertetjük, ahol a fém alapanyag alumínium vagy alumínium ötvözet, míg az oxidációs reakciótermék alumínium-trioxid. Ez nem jelenti a találmány szerinti eljárás lényegi korlátozását, hanem csak a gazdasági szempontok miatt legkönnyebben hozzáférhető fém alkalmazására utal. A találmány szerinti eljárás és ennek megfelelően az itt foglalt kitanítás jól alkalmazhatók egyéb fémeknél mint ón, szilícium, titán, cirkónium, míg az oxidativ reakcióban oxidálószerként oxigén, nitrogén, bór, szén stb. léphet fel. így a gátló elemet a fém alapanyagtól, az alkalmazott dópoló anyagoktól, a kerámia mátrix felépítésétől, a töltőanyag összetételétől, a folyamat feltételeitől s esetleg más tényezőktől függő anyagból alakítjuk ki. A kalciumszulfát mindenek előtt az alumíniumhoz hasonló rendszereknél fejt ki gátló hatást, így például, ha a fém alapanyag ón, míg az oxidálószer levegő. A kalcium-szulfát azonban nem alkalmas gárió elem létrehozására olyan reakciófeltételek között, amikor a hőmérséklet már a kalcium-szulfát stabilitását veszélyezteti. Ez a helyzet például a titán-nitrid alapú kerámiák előállításakor, amikor a titán és a nitrogén között mintegy 2000 °C hőmérsékleten hajtjuk vé|;re a reakciót. Ilyen magas reakcióhőmérsékfetek esetén a gátló elem létrehozására általában a sűrű alumínium-trioxid vagy cirkóniumdioxid alapú kerámiákat használjuk, amelyek egyrészt a gátló elem feladatainak ellátására is alkalmasak, másrészt tűrik az ilyen magas hőmérsékleteket. i A reakció lefolytatásához a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószeren kívül alkalmazni lehet a szilárd halmazállapotú oxidálószereket is, az előzőekkel keverékben. A gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerek között a gázokon kívül vannak azok az elemek és vegyültek, valamint keverékek, amelyek a reakció feltételei között illékonyak vagy gőzzé alakulnak. A különböző halmazállapotú oxidálószerek, mint említettük, keverékben szintén használhatók. Nem teljes listája az oxidálószereknek a következő:-oxigén, nitrogén, halogénelem, kén, foszfor, arzén, szén, bór, szelén, tellur, ezek vegyületei és keverékei, mint például a szflícium-dioxid (ez kiváló oxigénforrás), metán, etán, propán, acetilén, etilén és propilén (mint szén forrásai), továbbá keverékek, mint levegő, H2/H20 és C0/C02, illetve ez utóbbi kettő (tehát H2/H20 és CO/C02) keveréke, amelyek 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5E 60 65 8
