198432. lajstromszámú szabadalom • Eljárás összetett szerkezetű önhordó kerámia termék előállítására, valamint összetett szerkezetű önhordó kerámia termék
1 2 máz. Alumínium fém alapanyag alkalmazása esetén az összetett szerkezetű kerámia test létrehozására a porított fémek például szemcsézett szilícium-dioxid tartalmazó töltőanyaggal, például hidrátos alumínium-szilikáttal keverjük ki és a folyamatot 900...-’ 1200 °C hőmérsékleten hajtjuk végre. A találmány szerinti eljárásnak ebben a foganatosítást módjában a fém alapanyagot különböző tényezők figyelembevételével választjuk meg. Lényeges, hogy térfogatilag nagyobb mennyiségben legyen jelen, mint az oxidációs reakciótermék azelőmínta rendelkezésre álló üres tereihez képest, de az is fontos, hogy sztöchiometriai feleslege legyen a töltőanyagnak a reakcióban résztvevő összetevőivel szemben. Ez a felesleg biztosítja, hogy a fém alapanyag elegendő helyet foglaljon el a töltőanyaggal létrejövő reakció számára és hogy az oxidációs reakciótermék mennyisége elegendő ahhoz, hogy az előminta felületén is kialakulhasson a szükséges külső réteg. A töltőanyagot oly módon választjuk meg, hogy az a fern alapanyaggal oxidációs-redukciós folyamat keretein belül reakcióba lépjen. Így a töltőanyag reaktív összetevőt tartalmaz, például fém tartalmú összetevője van, mint például szilikátok, amelyeket a fém alapanyag megolvadt állapotában képes redukálni és így az előminta teljes térfogatában az oxidációs-redukciós folyamat eredményeként a fém megjelenik. Erinek megfelelően habár számos fém alkalmas alapanyagnak és ugyancsak sokféle töltőanyag használható, a két anyagfajtát a funkcionális követelmények figyelembevételével kell őszszeválogatni. A reaktív keverékként létrehozott előminta alkalmazása esetében az előmintát először felmelegítjük, ezzel az oxidációs-redukciós folyamatot végrehajtjuk, mégpedig az alumínium összetevő lényegesebb mértékű légköri oxidációja előtt. Ez annyit jelent, hogy az előmintát célszerű gyorsan és nem oxigéntartalmú vagy oxidálószert hordozó atmoszférában melegíteni. Az előmintát általában a folyamat hőmérsékletére felmelegített kemencébe tesszük. Miután az oxidációs-redukciós folyamat megkezdődött az általában exoterm jellege miatt önfenntartóvá válik és ez az előminta hőmérsékletének kisebb vagy nagyobb mértékű emelkedését okozhatja. Az oxidációs-redukciós folyamat gyorsan halad előre, lényegében átjárja az előminta teljes tömegét és ezen a szakaszon olyan termék jön létre, amely az oxidációs-redukciós folyamat termékét, a reaktív töltőanyag redukált összetevőit és a fém alapanyag maradék részét tartalmazza, ahol az utóbbit a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer segítségével oxidáljuk. Az oxidációs-redukciós reakció eredményeként jelentős sűrűségi változások következhetnek be, majd ezt követően megkezdjük a fentiekben leírt eljárás foganatosítását, amikoris az előmintát az oxidációs reakciótermékkel átnövesztjük és rajta a sűrű külső réteget létrehozzuk. Az előminta pórusait az oxidációs reakciótermék tölti ki, így megfelelő alakú belső üreges terek jönnek létre éa a fém alapanyag maradéka a reakciótermék rétegén keresztül a felület felé áramlik, ahol oxidációs reakció révén kialakul a kívánt sűrűségű külső réteg. Egy további foganatosítási mód szerint a hevítési folyamat lényegében két szakaszra bomlik. Az első szakaszban a hőmérsékletet olyan mértékben emeljük meg, hogy az oxidációs-redukciós folyamat megindulhasson, majd a második szakaszban a megolvadt fém transzportját biztosítjuk a kialakuló oxidációs reakciótermék rétegén keresztül, illetve a transzportot.addig tartjuk fenn, amíg a kívánt vastagságú, tömör, sűrű felszíni réteg létrejön. Célszerűen a hevítési szakasz izotermikus tekintet nélkül a különböző szakaszokra és lépésekre. Az izotermikus folyamat ebben az esetben lényegében azt jelenti, hogy a kemence hőmérsékletét (ez nem feltétlenül azonos az előminta hőmérsékletével) lényegében állandó értéken tartjuk. A kerámia alakú végtermékben jelen lévő fémes összetevők térfogati arányát jól lehet változtatni, és ennek alapján ki lehet alakítani azokat a feltételeket, amelyek segítségével a kívánt tulajdonságú végtermék állítható elő. Általában a végtermék kb. 20...40 tf% fémes összetevőt tartalmaz, ahol a fémes összetevők részaránya előnyösen 25...35 tf%. Ez annyit jelent, hogy a tömör, sűrű külső réteg a teljes térfogatnak csak egy egészen kis részét foglalja el, mint arról még a továbbiakban szó lesz. Vannak olyan fém alapanyagok, amelyet az oxidációs reakció és atmoszféra különleges hőmérsékletfeltétclel mellett eleget tesznek a jelen találmány szerint megvalósítandó oxidációs reakció feltételeinek, ehhez nem Igényelnek semmiféle kiegészítő anyagot vagy módosítást. A tapasztalat azonban azt mutatja, hogy a dópoló anyagok a fém alapanyaggal együtt használva képesek az oxidációs reakció folyamatát kedvezően befolyásolni, elősegíteni. A dópoló anyagok szerepével kapcsolatban nem kívánunk elméleti vagy más jellegű fejtegetésekbe bocsátkozni, de úgy tűnik, hogy ezek közül néhány akkor különösen hasznos, amikor a fém alapanyag és az oxidációs reakciótermék között nincs a belső tulajdonságokból adódóan felületi energiakancsolat. Ennek megfelelően a szolidusz és likvidisz tázisok közötti átmenet energia csökkentésére alkalmas dópolószerek képesek a poiikristályos struktúra kifejlődését a fém oxidációs reakciója során elősegíteni vagy meggyorsítani, amikoris olyan szerkezet jön létre, melyben a megolvadt fém transzportja lehetséges. A dópoló anyagok egy másik funkciója az lehet, hogy képesek a kerámia mátrix növekedési jelenségeit beindítani, aminek során akár nukleációs központként működnek, vagyis elősegítik az oxidációs reakciótermék stabil kriszta Uitjaínak kialakulását, vagy a kezdetben passzív oxidációs reakcióterméket különböző összetételű termékekké alakítják. A dópoló anyagoknak ez utóbbi esetében jelenlétük általában nem befolyásolja a kerámia anyagok növekedésének feltételeit, de a jelen találmány értelmében ezek a dópoló anyagok fontosak, mivel redukálják azt a kezdeti időszakot, amikor a növekedési folyamat megindul, mégpedig egyes fémek esetében jelentős mértékben. A dópoló anyagok funkciója, illetve funkciói számos tényezőtől függnek. Ilyen tényezők például a dópoló anyagok kombinációja, ha belőlük kettőt vagy többet alkalmazunk, a külsőleg felvitt dópoló anyag alkalmazása a fém alapanyagba ötvöző anyagként bevitt dópoló anyaggal együtt, a dópoló anyag koncentrációja, az oxidáló hatású környezet és a folyamat feltételei. A fém alapanyaggal együtt alkalmazott dópoló anyag, Illetve dópoló összetevők lehetnek a fém alapanyag ötvöző összetevői, felvihetők a fém alapanyag felületének legalább egy részére, mint az előminta anyagának részei, vág' töltőanyagban, illetve annak egy részében a töltőany agok keverékbe vihetők, de az 198.432 5 1C 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 9
