198430. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú alakos munkadarab előállítására és önhordó szerkezetű kerámia anyagú alakos munkadarab
1 198 430 2 szerkezetű anyag létrejöttét eredményezi, amely az előminta összetevőit magába foglalja, feltételezve, hogy elegendő mennyiségű fém alapanyag áll rendelkezésre, illetve az oxidálószer jelenlétét, továbbá szükség szerinti utánpótlását biztosítottuk. Ha oxidálószerként, illetve annak gáz vagy gőz halmazállapotú összetevőjeként levegőt használunk, az utánpótlás különösen egyszerű, ha a kemencét ismert módon szeleppel látjuk el. Az oxidativ reakciót addig folytaljuk, amíg az oxidációs reakciótermék az előminta alkotóelemeit egészen a kijelölt határfelületig magába ágyazza, de célszerűen nem lép azon túl, hiszen ez a polikristályos mátrix anyagának „túlnövését” jelentené. A folyamat eredményeként kapott összetett szerkezetű kerámia anyag befogadja a határfelületéig kitöltött előmintát, a kerámia mátrix olyan polikristályos anyagból áll, amely alapvetően a fém alapanyag és a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer közötti oxidativ reakció révén létrejött anyagból áll, de emellett szükség szerint kisebb vagy nagyobb mennyiségben tartalmazhat fémes összetevőket is. Ez utóbbiak forrása a fém alapanyag, a benne jelen levő összetevők, illetve redukálható oxidálószer alkalmazása esetén az utóbbi fémes komponensei. Az előminta határfelülete lényegében kijelöli a polikristályos kerámia mátrix határfelületét. Az előminta felületén azonban előfordulhatnak kiemelkedések vagy bemélyedések, ami annyit jelent, hogy a kerámia mátrix anyaga egy-egy ponton túllépi a határfelületet, míg más pontokon nem éri el. Nyilvánvaló, hogy a folyamat eredményeként létrejövő polikristályos szerkezetű kerámia mátrix porozitást is tartalmazhat, amely a fémes fázis teljes vagy részleges eltávolításának eredménye, de a porozitás mértéke, azaz a pórusok által elfoglalt térfogat számos tényezőtől függ, elsősorban a hőmérséklettől, az oxidativ reakció időtartamától, a fém alapanyag minőségétől és a dópoló anyagoktól, illetve ez utóbbiak koncentrációjától. A polikristályos kerámia struktúra egy kritikus megjelenési formája az, amikor az oxidációs reakciótermék egymással legalább kettő, célszerűen három dimenzióban összekötött, tehát térbeli szerkezetet létrehozó kriiztallitokból áll, ahol a krisztal- Htok által kijelölt szerkezeten belül a fémes fázisok és/vagy a pórusok egymással kapcsolódó járatokat is alkothatnak. A találmány szerinti eljárással előállított összetett szerkezetű kerámia munkadarab határfelületét általában az előállításkor jól biztosítani lehet, ez a határfelület az eredeti előminta méreteinek megfelelően, a geometriai konfigurációt visszaadó helyeken alakul ki A találmányt a továbbiakban mindenek előtt alumínium, mint fém alapanyag alkalmazása mellett írjuk le. Ez azonban csak egy igen hasznos foganatosítási módot jelent, hiszen a találmány szerinti eljárás más fém alapanyagból kiindulva is megvalósítható. így a szilícium, titán, ón, cirkónium és sok más fém alkalmazható, amelyek önmagukban vagy dópoló anyagokkal kiegészítve eleget tesznek a találmány szerinti eljárásban fellépő igénybevételekkel járó követelményeknek. A találmány szerinti eljárás foganatosításához szükséges előmintát is számos anyagból lehet elkészíteni. Az anyagmegválasztás a fém alapanyagtól és az ehhez kiválasztott oxidativ rendszertől függ, így a lehetőségek száma igen nagy. Említsük meg egyebek között az alumíniumtrioxidot, a szilícium-karbidot, a szilícium—alumíniumoxinitridet, a cirkónium-dioxidot, a cirkónium-boridot, a titán-nitridet, a bárium-titanátot, a bór-nitridet, a szilícium-nitridet, a vas különböző ötvözeteit, például a var—króm—alumínium ötvözetet, a szenet, az alumíniumot, számos agyagfajtát és ezek keverékeit is. A felsorolás messze nem teljes, az előminta anyagának kiválasztása az adott feltétetektől függ. Ha például alumínium a kiindulási alapanyag és alumárium-nitridet kívánunk az oxidativ reakció révén előállítani, az előminta anyagát általában alumín ium-nitridből és/vagy ahimriium-oxidból készítjük el. Ha a fém alapanyagot cirkóniumként választjuk meg, az oxidativ reakció eredményeként cirkónium-nitridei: kívánunk előállítani, az előminta anyagát célszerűen szemcsézett cirkóniumdiboridból hozzuk létre. Ugyanígy, ha a fém alapanyag titán, míg az oxidativ reakció eredményeként titánnitridből kívánjuk a kerámia anyagú munkadarabot létrehozni, az előminta szemcséinek létrehozásához alumínium trioxidból és/vagy titán-diboridból indulunk. Ugyancsak jól használható alapanyag az ón, amelynek oxidációs reakcióterméke adott esetben az ón-oxid. Ilyenkor az előmintát célszerűen alumínium-trioxíd részecskékből hozzuk létre. Ha viszont a fém alapanyag szilícium és az oxidativ reakció eredményeként eüícium-nitridet kívánunk előállítani, az előmintát legcélszerűbb titán-nitrid részecskéinél: egyesítésével létrehozni A találmány szerinti eljárás foganatosításában elengedhetetlenül szükséges permeábilis szerkezetű előmmtát a hagyományos formázási módszerek bármelyikével lehet elkészíteni. így az előre meghatározott, kívánt alakzat szedimentációs öntéssel, fröccsöntéssel, vákuumformázással vagy más alkalmas módon készíthető el, amfcor is alkalmas kiindulási anyagot ismert módon feldo%v> zunk. A permeábilis szerkezetű előminta anyagában jelen lehet egyenletes eloszlásban vagy különálló rété?« alkotva, esetleg mindkét formában valamilyen szüánl és/vagy folyékony halmazállapotú oxidálószer, amelyet az előzőekben már említett módon a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerrel együtt használunk. Az elS- mintár legalább egy jól meghatározott határfelülettel kell k trehozni, annak alaktartása és nyers állapotban mérhető szilárdsága elegendően nagy kell legyen ahhkxz. hogy a kerámia mátrix inflltrációja során, illetve az est megelőző műveletekben az alak megmaradón, a kerimnis mátrix a kívánt méreteket érhesse el. A találmány srentrti eljárás foganatosítása során célszerűen S...90 Ufa porozitással jellemzett elő mintákat használunk, ahol * porozrtásra legelőnyösebbnek a 25... 50 tf% értékt*jtfM>mány bizonyult. A porózus előminta anyagát ügy ke® megválasztani, hogy azt a fém alapianyag átjárhass* <F// általában azt jelenti, hogy az előmin ta anyaga a fématatp anyaggal célszerűen nedvesíthető, legalábbis az oxMtfc tív reakció hőmérsékletén és ez elősegíti a polikrisnAN'.*" 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
