198429. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú alakos munkadarab előállítására
1 198 429 2 elem legyen elrendezve, amely a polikristályos mátrixként növekvő reakciótermék kifejlődése számára határfelületet jelent. így például az előminta lehet félgömbszerű, a fém alapanyaggal sima felületen kapcsolódó, amikor is a dómszerű határfelület azt a felületet jelöli ki, ameddig a polikristályos mátrix növekszik. Ha az előminta kocka alakú és egyik oldalfelülete a fém alapanyag felületével érintkezik, akkor a fennmaradó öt felület az, amely a növekvő polikristályos reakciótermék számára határfelületet jelent. A polikristályos szerkezetű kerámia mátrix, vagyis az oxidativ reakció során létrejövő anyag átnövi az előminta permeábilis anyagát, infiltrációja révén ez utóbbit magába fogadja, a kialakuló test a gátló elemig terjed, szerkezetében az előminta anyaga az eredeti szerkezetet megőrzőén marad fenn. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során a permeábilis szerkezetű előmintát különböző anyagokból lehet létrehozni. Ilyenek a kerámia és/vagy fém szemcsék, porok, szálak, huzalok, rudak, pálcikák, részecskék, üreges testek vagy gömbök, gyapotszerű képződmények, golyók stb., illetve ezek kombinációi. Az előminta készülhet laza vagy tömör szerkezetben, lehetnek benne járatok, nyílások, egymással kapcsolódó üres terek vagy hasonlók, olyan pórusok, amelyek biztosítják az oxidálószerrel szembeni permeabiütását és a fém alapanyag megolvasztott állapotban történő behatolását, vagyis azokat a feltételeket, amelyek révén az oxidációs reakciótermék az előminta konfigurációjának lerontása nélkül képes növekedni. Az előminta anyagába beépíthetők rácsszerű szerkezetben merevítő rudak, csövek, lemezek, huzatok, száJak.golyók, gömbök vagy más szemcsék, szövetgyapotok, tűzflló anyagú szövött termékek vagy hasonlók, valamint az említettek tetszőleges kombinációi, ha alkalmasak a kívánt alak biztosítására. Az elő mintában alkalmazott összetevők lehetnek homogének és heterogének is. Ha szemcsés anyagokat használunk, például kerámia porokat, akkor azokat alkalmas kötőanyaggal formázzuk, vigyázva arra, hogy ez a kötőanyag a reakció feltételei között ne okozzon zavart, illetve az összetett szerkezetű kerámia testben annak tulajdonságait lerontó maradványai ne legyenek. Az előminta anyagát pl. szilícium-karbidból vagy alumínium-trioxidból formázzuk, a porok szemcsézettségi tartományával kapcsolatban nincsenek különös megkötések, a 10... 1000 mesh tartomány jól használható, a különböző szemcsézettségű frakciók és típusok keverékben ugyancsak megfelelnek a célnak. A szemcsés anyagokat ismert, hagyományos technológiák szerint önthetjük is, például belőlük szerves kötőanyag felhasználásával zagyot készítünk, ezt öntőmintába öntjük, majd az így kapott terméket pihentetjük, szárítjuk, megemelt hőmérséklettel kezeljük. A permeábilis szerkezetű előminta, illetve a töltőanyag permeábilis szerkezetű ágyának kialakításában alkalmazható anyagoknak nagyjából 3 osztályát különböztethetjük meg. Az előminta, illetve a töltőanyag létrehozásához használható anyagok egyik alkalmas osztálya azokat a vegyületeket öleli fel, amelyek a kerámia test előállítási folyamatának hőmérsékletén és oxidáló környezetében nem illékonyak, jó termodinamikai stabilitást mutatnak és a fém alapanyaggal, annak olvadt állapotában nem lépnek reakcióba, abban nem oldódnak. A szakember az ilyen kritériumoknak eleget tevő anyagok sokaságából tud választani. Jól ismert, hogy alumínium esetében és levegőt vagy oxigént oxidálószerként feltételezve a töltőanyag lehet például fémoxid, mint alumínium-trioxid (A1203), kalcium- oxid (CaO), cérium-dioxid (Ce02), hafnium-dioxid (Hf02), lantán-trioxid (La203), lítiumoxid (li20), magnés iumoxid (MgO), neodímium-trioxid (Nd203), prazeoríínium különböző oxidjai, szamárium-trioxid (Sm203), szkandium-trioxid (S^Oj), tórium-dioxid (Th02), urán-dioxid (U02), ittrium-trioxid (Y203) és cirkónium-dioxid (Zn02); ugyancsak alkalmas töltőanyagok a magasabb rendű (binér, temér stb.) fém vegyületek, mint például a magnézium-alumínium-oxid-spinell (Mg0*Al203), valamint a különböző tűzálló vegyületek, anyagok. Az alkalmas töltőanyagok második osztályába azok c vegyületek tartoznak, amelyek az oxidativ reakció feltételei és mindenekelőtt nagy hőmérséklete mellett ugyan nem teljes mértékben stabilisak, de degredádós folyamatuk viszonylag lassú kinetikával zajlik és amelyek í növekvő kerámia test töltőanyagaként abba beleépülhetnek. Ezeknek az anyagoknak egyik tipikus példája i szilícium-karbid (SiC), amely az oxidativ reakdó feliételei között — alumíniumot és oxidálószerként oxigént vagy levegőt használva - teljes mértékben oxidálódni képes lenne, ha nem alakulna ki rajta a szilícium-dioxidnak olyan rétege, amely az oxidádós folyamatot lelassítja, esetleg megállítja. A szilícium-dioxidból álló védőréteg hatására a szilícium-karbid részecskék szinterelödhetnek, egymással összekapcsolódhatnak és ugyancsak kapcsolódni tudnak a töltőanyag esetleges más részecskéivel. A töltőanyag harmadik osztályát azok az anyagok alkotják, amelyek termodinamikai vagy kinetikai meggondolások szerint nem lennének képesek a találmány szerinti eljárás foganatosításakor létrejövő oxidativ reakdó feltételeit túlélni, illetve anyagi integritásukat a megolvasztott fémmel való érintkezéskor megőrizni, de amelyek felhasználhatók azért, mert a találmány szerinti eljárás foganatosításakor anyagi minőségüket egy ideig képesek megőrizni. Ezek az anyagok azonban az eljárásba bevihetők, ha (1) az oxidativ környezetet keléssé aktívnak választjuk, pl. gáz halmazállapotú oxidálószerként H2/H20, illetve C0/C02 keveréket használunk, valamint (2) az alkalmazott anyag részecskéit olyan bevonattal látjuk el, pl. ahimínium-trioxidból, amely a reakdó feltételei között az anyagot kinetikáikig reakdóléptelenné teszi. Ezeknek egyik példája a szénszál, amely fém alapanyagként alumíniummal együtt használható. Ha az alumíniumot levegővel, illetve oxigénnel, pl. 1250 °C hőmérsékleten oxidáljuk és ezzel karbonszálakat tartalmazó előmintát átjáró mátrixot kívánunk előállítani, a karbonszál alkalmas mind az alumíniummal, mind pedig az oxidáló környezettel való reakcióra, vagyis alumínium-karbid (Al4C3), illetve szén-monoxid és szén-dioxid (CO és C02) keletkezik. Ezek a nemkd-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 10
