198430. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú alakos munkadarab előállítására és önhordó szerkezetű kerámia anyagú alakos munkadarab
1 198 430 2 A találmány tárgya eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú, alakos munkadarab előállítására és önhordó szerkezetű, kerámia anyagú, alakos munkadarab. Az eljárás során fém alapanyagot oxidálószenei — melynek a reakció hőmérsékletén gáz halmazállapotú összetevője is van - oxidativ reakcióba viszünk és a reakció eredményeként kapott anyag alapján a munkadarab felületét meghatározó felülettel határolt térben kerámia szerkezetű anyagot alakítunk ki. Az eljárással is előállítható javasolt kerámia anyagú munkadarab oxidativ reakció eredményeként fém alapanyagból létrejött poükristályos szerkezetű kerámia anyagból épül fel. A találmány szerinti eljárással előállított munkadarabokat a jó alakhűség, az egyszerű előállíthatóságjellemzi. Az elmúlt évek során egyre növekvő érdeklődés mutatkozik a kerámia anyagok felhasználása iránt mindazokon a helyeken, ahol mindeddig elsősorban fém szerkezeti anyagok felhasználása jött szóba. Az érdeklődés növekedését elsősorban az indokolja, hogy a kerámia anyagok több tulajdonságukat tekintve, például korrózióállóság, keménység, rugalmassági modulus és hőállóság szempontjából a fémeknél előnyösebb jellemzőket mutatnak. A nagyobb szilárdságú, megbízhatóságú, az ismerteknél kevéssé merev szerkezetű kerámia anyagok előállítására irányuló erőfeszítések az ismertté vált törekvések alapján vagy a monolitikus szerkezetű kerámia anyagok előállítási eljárásainak tökéletesítésére, vagy pedig olyan összetett szerkezetű anyagok kialakítására összpontosulnak, amelyben kerámia mátrix van. Az összetett anyagszerkezeteket olyan anyagoknak tekinljük, amelyekben két vagy több összetevő egymással integrális kapcsolatban van és tulajdonságaik a kívánt módon egymást kiegészítik. Az összetett szerkezetű kerámia jellegű anyagokból ismert munkadarabok előállítása is, amikor is az egyik anyag például egy másik kerámia jellegű anyag mátrixába van beágyazva. A kerámia mátrixra épülő összetett szerkezetű testekben a kerámia mátrix egy vagy több töltőanyaggal, például szemcsés, szálas, fonalszerű vagy hasonló összetevővel egészíthető ki. A kerámia anyagú termékek előállítására ismertté vált hagyományos élj árások általában a következő lépéseket ölelik fel: (1) a kerámia termék kiindulási anyagait porrá őrlik, vagy más módon kívánt finomszemcsézettségű kiindulási anyaggá alakítják; (2) az előállított szemcséket szükség szerint tovább őrlik vagy aprítják, amíg a szükséges szemcsézettséget el nem érik; (3) a megfelelő finomságú porokat kivánt alakzattá egyesítik, adott esetben figyelembe véve az egyesítést követő előkészítő lépések során bekövetkező zsugorodást — az egyesítéshez számos ismert technológia áll rendelkezésre, mint az izosztatikus összenyomás, az egytengelyes összenyomás, a fröccsöntés, a szedimentációs öntés, az öntési eljárások számos egyéb ismert változata stb.; (4) az egyesítéssel kapott nyers testet tömörítik, mégpedig ä hőmérséklet megemelésével, aminek révén a por alakú alapanyagok részecskéi egymással összekapcsolódva koherens struktúrát alkotnak - ennél a lépésnél sok esetben alkalmaznak nyomást, de ismert például a szinterelésnek az a változata, amikor külső nyomást nem használnak fel; (5) az összetömörített testet szükség szerint további finom megmunkálásnak vetik alá, például gyémánttal csiszolják vagy más módon felületét kialakítják. A (4) lépés során a nyomást szükség szerint egytengelyesen vagy izosztatikusan alkalmazzák, tehát a mintát egy vagy több oldalról nyomják össze a megemelt hőmérséklet biztosítása mellett. A kerámia anyagok hagyományosan ismertté vált előállítási eljárásainak alkalmazása mellett számos nehézséggel kell számolni. A legkomolyabb problémák a fentiekben a (4) jellel ellátott tömörítési lépéssel kapcsolatosak. Általában az anyagokat külön külső nyomás alkalmazása nélkül szinterelik, hiszen ez a legkevesebb nehézséggel jár. Hátránya viszont, hogy az anyagok közül nem mindegyik hajlamos arra, hogy a másikkal a szinterelés feltételei között jól összekapcsolódjon. Még fontosabb, hogy a hagyományos szinterelés a szálas szerkezetű összetevőt tartalmazó anyagkompozícióknál még akkor is kizárt, ha az anyagok kompatibilitása jó, hiszen a részecskék egymáshoz kapcsolódását a szálak megnehezítik vagy lehetetlenné te szik, ugyanis megakadályozzák azt, hogy az összetömörödő anyagrészecskék egymással elmozdulva kapcsolódhassanak. Ezt a nehézséget számos anyag esetében részben el lehet kerülni, ha a tömörítési folyamatot magas hőmérsékleten külső nyomás alkalmazásával gyorsítjuk. Ezek az eljárások azonban számos műszaki jellegű problémát vetnek fel, ezenkívül fennáll annak veszélye, hogy a külső erők hatására a szerkezet mechanikai tulajdonságainak javítására alkalmazott szálak eltörnek vagy elszakadnak. További hátrányt jelent az is, hogy különösen egytengelyes összenyomás esetében nehéz komplex alakzatokat előállítani, maguk a termékek az egyedi jellegű gyártás következtében költségesek és számos esetben a végtermék további munkaigényes megmunkálásra szorul. A fentiekben megadott (3) jelű lépés esetén is lehet nehézségekkel számolni, különösen ha a porokat szálakkal, huzalokkal kell homogén keverékké alakítani. Ennek oka az, hogy a kerámia mátrix létrejöttéhez az összetevőket egyenletes eloszlásban kell a keverékbe vinni. így a huzalokkal erősített összetett szerkezetű kerámia anyagok esetében a por és a huzalok között a keverés során olyan folyamatok játszódhatnak le, aminek következménye a kapott nyers test felépítésének egyenetlen volta, a szálak nemkívánatos orientációja, vagyis a végtermék nem mindenben megfelelő mechanikai paraméterei. A 2 702 750 lsz. US szabadalmi leírás fémoxid alapú tűzálló anyagok előállítására ismertet oxidációs és redukciós (redoxi) reakcióra épülő eljárást. A szabadalmi leírás szerint szílícium-dioxid anyagú testet merítenek megolvadt fémből álló fürdőbe, például folyékony alumíniumba, esetleg a szüícium-dioxid anyagú test felületét fémporral vonják be és hevítik. A szilícium-dioxidot adott esetben semleges tulajdonságú anyaggal, például alummium-trioxiddal keve rik ki. A fém oxidálása biztosítja a tűzálló tulajdonsága anyag előállítását, miközben a szilícium-dioxid redukáfádik, oxigénje a fém oxidálásá-5 ?0 5 20 25 30 35 40 45 53 55 60 65
