198430. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú alakos munkadarab előállítására és önhordó szerkezetű kerámia anyagú alakos munkadarab
1 198 430 re visszük, pl. a fém alapanyag olvadáspontja alá csökkentjük. Az említett lehetőségek közül egyszerre többet is fel lehet használni, de általában a hőmérsékletcsökkentés bizonyult a leghasznosabbnak, miután az anyagot el lehet távolítani a kemencéből. Ennek a fenti (5) jelű lépésnek az a hátránya, hogy a folyamatot ellenőrző személy részéről nagy gyakorlottságot igényel a kerámia mátrix túlnövekedésének megakadályozása. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során kapott összetett szerkezetű kerámia test általában olyan sűrű koherens termék, amelynek kerámia anyagában az előminta anyaga a polikristályos szerkezettel együtt általában 5...98 tí%-ot foglal el. A fém alapanyagot alumíniumként, az oxidálószert levegőként vagy oxii génként megválasztva a polikristályos kerámia mátrixban az egymással kapcsolódó alfa-módosulatú alumíniumtrioxid részecskék 60...99 t%-ot képviselnek (a polikristályos mátrix tömegére vonatkoztatva), míg a maradék, tehát 1...40 tf% az oxidativ reakcióból kimaradt fém részaránya. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során igen jó hatással vethetők be a dópoló anyagok. Ezek az oxidációs reakciót kedvezően befolyásolják. A fém alapanyagot kiegészítő dópoló anyagok számos példája ismeretes, és ezek hatása igen sok tényezőtől függ, maga a dópoló anyag egyedül a hatás meghatározásához nem elegendő. Ilyen tényezők például a fém alapanyag minősége, a kívánt végtermék tulajdonságai, a dópoló anyagok választéka, ha több dópoló anyagot használunk, koncentrációik, az oxidálószer minősége, összetétele, valamint a reakció lefolytatásának feltételei. A dópoló anyago(ka)t általában a fém alapanyag ötvöző összetevőiként visszük be a folyamatba, de ugyanúgy lehetséges az előminta vagy az előminta egy részének kiegészítése a dópoló összetevőkkel. Ez utóbbi esetben különösen célszerű a dópoló anyag bevitele a fém alapanyaghoz közeli zónákba. Maga a dópoló anyag sokféle módon vihető be az előminta szerkezetébe. Az egyik lehetőség a dópoló anyag eloszlatása az előminta anyagának egészében, például a részecskékre felvitt bevonat és/vagy a részecskék közé bekevert külön összetevő formájában, amikor is különösen célszerű a dópoló anyagot az előminta közelében egy rétegben nagyobb mértékben feldúsítani. Az előmintán belül vagy az előminta felületén a dópoló anyag különálló rétegeket alkothat, de ilyenkor szükség szerint belső nyílásokat, járatokat, perforációt, üres tereket és hasonlókat hozunk létre az átjárhatóság biztosítására. Igen hasznos megoldás az is, amikor a dópoló anyagból vagy összetevőkből folyadékot, pl. oldatot készítünk és ezzel az előminta anyagát átitatjuk. A dópoló anyag merev testként elhelyezhető a fém alapanyag és az előminta közötti térben is. Igen célszerű pl. szílícium-dioxid tartalmú vékony üvegréteg elhelyezése a fém alapanyag felületén, hiszen ez alumínium esetén az oxidativ reakciót előnyösen befolyásoló szilíciumnak a reakcióba való bevitelére alkalmas. A fém alapanyagot (ennek belső dópolása pl. ötvözet kialakításával szintén lehetséges) és a dópoló anyagot is tartalmazó együttest oxidativ környezetben adott esetben levegő jelenlétében felhevítjük (alumínium esetében 850...1450 °C, előnyösen 900...1350 °C tartományba eső hőmérsékletet biztosítunk), ezzel a polikristályos kerámia szerkezetet kialakítjuk és azt az előminta szerkezetének infiltrációjával növesztjük. Ha a dópoló anyag a fém alapanyag és az előminta között van elrendezve,a polikristályos kerámia mátrix a dópoló anyag rétegét átnőve hatol be az előminta anyagába, vagyis növekedése során a dópoló anyag rétege végül is felületi réteggé alakulhat át. Az előminta felületéhez illesztve, benne eloszlatva, valamint a fém alapanyaghoz kapcsolva több anyagot is lehet dópolásra használni. A fém alapanyag tulajdonságainak kedvező befolyásolását teszi lehetővé az ötvözés, amikor a dópoló összetevők egy részét ötvöző komponensként visszük be, míg szükség szerint mennyiségüket a felszínen alkalmazott anyagrétegekkel egészítjük ki. Természetesen a fordított módszer is jól használható. Alumíniumot mint fém alapanyagot és levegőt mint oxidálószert alkalmazva, a dópoló anyagok különösen javasolható példái a magnézium és a cink, amelyek hatásait a továbbiakban leírt egyéb anyagok előnyösen fokozzák. Ezeket a fémeket vagy megfelelő forrásaikat az alumínium alapú kiindulási fémbe ötvöző összetevőként visszük be, részarányuk a létrejövő anyag tömegéhez viszonyítva 0,1... 10 t%, mindegyikre külön-külön. A dópoló anyagok koncentrációját általában olyan egyéb tényezőktől függően határozzuk meg, mint a dópoló anyag koncentrációja, az alapanyag, az oxidativ reakció lefolytatásának feltételei. A megfelelően választott koncentrációban jelen levő dópoló anyag elősegíti a kerámia anyag növekedését, a fémes alapanyag transzportját és hozzájárul ahhoz, hogy az oxidációs reakció eredményeként kapott kerámia anyag növekedési morfológiája kedvező legyen. A polikristályos oxidációs reakciótennék növekedését, különösen alumínium alapanyagra épülő és oxigéntartalmú oxidálószerrel, így pl. levegővel létrehozott rendszerekben számos más anyag is képes kedvezően befolyásolni. A hasznos dópoló fémek között van például a szilícium, a germánium, az ón és az ólom, különösen magnéziummal vagy cinkkel kombinálva. Ezeket a fémeket vagy alkalmas forrásaikat az alumínium fém alapanyagba úgy ötvözzük, hogy a kapott anyagban részarányuk kb. 0,5 t% és kb. 15 t% között legyen. A tapasztalatok azt mutatják azonban, hogy a legjobb növekedési kinetikai és növekedési morfológiai hatásokkal akkor lehet számítani, ha e zek a dópoló anyagok az ötvözetben 1.. .10 tf%-os arányban vannak jelen. Az ólom például ugyan hasznos dópoló anyag, de csak nehezen ötvözhető az alumíniumba, ebből a célból legalább 1000 °C hőmérsékletet kellene biztosítani, mivel egyébként oldhatósága alumíniumban nagyon kicsi. Ismert viszont az a megoldás, hogy az ólmot más ötvöző összetevőkkel, különösen ónnal együtt visszük be, ami oldhatóságát jelentősen javítja és biztosítja, hogy ezt az ötvöző összetevőt alacsonyabb hőmérsékleten tudjuk az alumíniumba bevinni. Az oxidativ reakció feltételeitől függően a fentieknek megfelelően egy vagy több dópoló anyag használható. Ha a fém alapanyag alumínium és az oxidálószer levegő, 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 10
