198432. lajstromszámú szabadalom • Eljárás összetett szerkezetű önhordó kerámia termék előállítására, valamint összetett szerkezetű önhordó kerámia termék
1 2 terméke. Ha semleges kémhatású töltőanyagot használunk, azt porított szilárd oxidálószerrel keverjük, és ezzel az előmintát körbevesszük, a tömör külső réteg a semleges töltőanyagot tartalmazza. Az előmintában folyékony oxidálószert is alkalmazhatunk, amely úgy jön létre, hogy az előminta anyagához olyan szilárd anyagot keverünk, amely a reakció megemelt hőmérsékletén megolvadva folyékony oxidálószert alkot. A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítás! módjában az előmintát gáz vagy gőz halmazállapotú oxidálószerrel átáramoltatott kemencében helyezzük el, majd kívánt hőmérsékletre melegítjük, amivel a gyenge integritásé előmintából viszonylag szilárd strukturális elemet hozunk létre. A töltőanyagnak a fém alapanyaghoz viszonyított reakcióképességét figyelembe véve a melegítési ciklusokat különböző módon választjuk meg. Az egyik célszerűnek bizonyult eljárási változat szerint az előnúntát olyan térbe helyezzük, amelyet a kemencén belül a kívánt reakció hőmérsékletére hevítettünk. Ha dópoló anyagokra van szükség, akkor azokat az előmintába visszük be, vagy a fém alapanyagot ezekkel az anyagokkal ötvözzük. A két lehetőség együtt is használható. A fém alapanyagot megolvasztjuk, célszerűen biztosítva az előminta méreteinek változatlanságát, de egyidejűleg olyan hőmérsékletet biztosítunk, amely az oxidációs reakciótermék és a töltőanyag olvadáspontja alatt van. A megolvadt fém alapanyag reakcióba lép a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerrel, aminek eredményeként létrejön a kívánt oxidációs reakciótermék. Az előminta porozitásút az előzőeknek megfelelően elegendően nagyra választjuk ahhoz, hogy az előminta határfelületeinek megbontása vagy áthelyezése nélkül az oxidációs reakciótermék annak belső terébe beépülhessen. Amikor a megolvadt fém alapanyagot továbbra is az oxidáló környezet hatásának tesszük ki, a megolvadt fém alapanyag az oxidációs reakciótermék rétegén keresztül vándorol, fokozatosan behatol abba, és a rétegen keresztül az oxidáló hatású atmoszférával érintkezésbe kerül, aminek hatására a polikristályos oxidációs reakciótermék fokozatosan növekszik. Az oxidációs reakciótermék az előminta részecskéi közötti teret tölti ki. Ezzel egyidejűleg a pórusoktól megkülönböztethetően a fém alapanyag mozgásának vagy elszállításának következményeként üres terek jönnek létre, amelyek lényegében inverz módon reprodukálják a fém alapanyag részecskéinek eredeti helyzetével meghatározott alakzatot és méreteket. A fém helyzetével meghatározott alakzatot és méreteket. A fém alapanyag részarányát nagyobbra választjuk annál, amire szükség van az előminta kezdeti pórustérfogatát túllépő térfogatú oxidációs reakciótermék létrehozásához és így a kezdeti pórustérfogathoz viszonyítva a fém alapanyagból biztosított többlet lehetővé teszi, hogy a pórusokat a folyamat során a fém alapanyag reakcióterméke fokozatosan kitöltse. Ha a fém alapanyag térfogati részaránya túlságosan kicsi, a kapott struktúra gyenge, mivel a kerámia mátrix csak kezdetleges formában fejlődik ki és ezen semmiféle tömör, sűrű külső réteg nem jön létre. Másrészt viszont a fém alapanyag feleslege is előnytelen lehet abban az értelemben, hogy adott esetben a kapott végtermék a felhasználási céljainak megfelelőn igényeknél több fémet tartalmaz. Ha alumínium fém alapanyagot levegővel hozunk reakcióba, a fém alapanyag kívánt részaránya az előminta teljes térfogatához viszonyítva általában 30...50 tf% tartományba esik. Mit már az előzőekben említettük, a megolvadt fém alapanyagból kiindi lóan az oxidációs reakciótermék növekedési folyamatának eredményeként az előminta részecskéi között meglevő pórusokat az oxidációs reakciótermék kitölti, a fém alapanyag helyén üres tér marad. Amikor a folyamatot folytatjuk, az oxidációs reakcióban még részt nem vett megolvadt fém alapanyag folyamatosan áramlik az oxidációs reakciótermék rétegén keresztül az előminta legalább egy felülete irányában és az oxidációs reakciótermék fokozatosan kitölti a belső teret. Ebben az esetben az előminta felületét vagy legalább egy oldalát az oxidációs reakciótermék alkotja. A felszín alatti réteghez képest a külső felület tömör, mivel a felületen lezajló oxidációs reakció lényegében a fém alapanyag hiánya mellett zajlik le, vagyis nincs olyan anyag jelen, aminek következtében üres terek alakulhatnának Id. Ez annyit jelent, hogy a végeredményben kapott összetett szerkezetű kerámia test magja vagy tömör bevonat alatti rétege az üres terek kialakulása miatt eléggé porózus, míg a test külső felületét viszonylag sűrű, tömör réteg alkotja, amelynek összetevői az oxidációs reakciótermék és a fém alapanyagnak az oxidációs reakcióból kimaradt része, illetve összetevői. A tömör külső réteg általában a térfogatnak csak egy viszonylag kis részarányát teszi ki, amit mindenek előtt az előmintában levő fém alapanyag térfogataránya, a végtermék vastagsága határoz meg, amelyeket a felhasználástól függően viszonylag széles határok között változtatni lehet. A sűrű, tömör külső réteg vastagsága általában 0,1...1 mm, célszerűen 0,2...0,'5 mm. Ha belsőégésű motorban kívánjuk az alkatrészt felhasználni, ahol a keresztmetszet általában 6,4 mm körüli vastagságot tesz szükségessé, a sűrű réteg általában 0,2 mm vastag. A sűrű, tömör külső réteg a hűtés során szilárdul meg, a különböző le pusztító hatásokkal szemben és a test porózus anyagú belső rétegeivel (magjával) összehasonlítva jelentősen megnövelt ellenállást mutat, akár súrlódással, akár más eróziós hatásokkal szemben, míg maga a kerámia szerkezet a struktúrális alkalmazásokhoz megkf/ánt kitűnő termikus jellemzőket mutatja. A találmány szerinti eljárással előállított összetett szerkezetű kerámia testek olyan előmintára épülnek, amelyet határfelületéig a kerámia mátrix jár át és az infiltráció eredményeként olyan polikristályos anyag jön létre, amely lényegében a fém alapanyag és az alkalmazott oxidálószer oxidációs termékét, adott esetben egy vagy több fémes összetevőt, mint például a fém alapanyagot, annak oxidálatlan fémes összetevőit és/vagy a töltőanyagot, redukált fémes komponenseit tartalmazza. Nyilvánvaló, hogy a fém alapanyag szemcséinek mozgása következtében a szemcsék legalább egy részének helyén üres terek alakulnak ki, de az üres terek térfogataránya jól szabályozható olyan tényezők beállításával, mint a reakció hőmérséklete, időtartama, az alkalmazott fém alapanyag minősége, térfogati aránya, valamint az alkalmazott dópoló anyagok anyagi minősége. A polikristályos kerámia struktúrákban az oxidációs reakciótermék olyan krisztallitokként jön létre, amelyek egy vagy több irányban egymással kapcsolódnak, célszerűen térbeli (háromdimenziós) struktúrát alkotnak, míg a fémes összetevők, amelyeket a megolvadt fém alapanyag transzportja biztosít, csak részben összekö198.432 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 7
