202167. lajstromszámú szabadalom • Összetett szerkezetű önhordó kerámia test és eljárás annak előállítására
HU 202167B A találmány tárgya eljárás összetett szerkezetű önhordó kerámiatest előállítására, amikoris fém alapanyagból kerámiatestet állítunk elő. Ugyancsak tárgya a találmánynak a különösen a javasolt eljárás szerint készített összetet szerkezetű kerámiatest, amelynek fém alapanyagból készült, inverz reprodukálásra alkalmas pozitív alakzatot és nem reprodukálásra szánt részt tartalmazó alaptest pozitív alakzatának megfelelő alakú negatív alakzata van. Az elmúlt években egyre növekszik az érdeklődés olyan kerámia alapú szerkezeti elemek iránt, amelyeket előzőleg mindenkor fémből készítettek az ipari alkalmazásokhoz. A növekvő érdeklődést az magyarázza, hogy a kerámia anyagok több jellemzője, mint például a korróziós hatásokkal szembeni ellenállásuk, keménységük, rugalmassági modulusuk, valamint magas hőmérséklettel szembeni ellenállásuk a fémekével összehasonlítva számos esetben sokkal jobb. Az elmúlt időszak erőfeszítései arra irányultak, hogy a nagyobb szilárdságú, nagyobb megbízhatóságú és keményebb kerámia anyagokat vagy a monolitikus kerámiák előállítási módszereinek javításával, vagy pedig újszerű kompozíciók létrehozásával, mégpedig kerámia mátrix alapú összetett termékek kialakításával biztosítsák. Az összetett szerkezeteket az jellemzi, hogy anyaguk heterogén, a szerkezetet hordozó testet két vagy több anyagból alakítják ki, amelyeket megfelelő módon kombinálnak abból a célból, hogy a termék kívánt tulajdonságát elérjék. így például két különböző anyag igen jó kombinációja érhető el akkor, ha az egyiket a másik mátrixába be lehet illeszteni. A tipikus példák az összetett szerkezetű, kerámia mátrix alapú termékekre egy vagy több töltőanyagot, mint szemcséket, szálakat, vékony rudakat és hasonlókat tartalmaznak. A kerámia anyagok előállításának hagyományos módszerei a következő általános lépéseket tartalmazzák: (1) A kerámia anyag alapanyagait porszerű formában előkészítjük; (2) A porszerű anyagokat őröljük, hogy megfelelő finomságú alapanyagot állítsunk elő; (3) A finom szemcsézettségű alapanyagot kívánt alakú testté formáljuk (figyelembe véve azt a tényt, hogy a megmunkálás során összehúzódik), például egytengelyes összenyomással, izosztatikus nyomással, fröccsöntéssel, mintába öntéssel, vagy bármely más alkalmas technikával; (4) Az előkészített testet megemelt hőmérsékleten kiégetjük, és ezzel biztosítjuk, hogy az egyedi porrészecskék koherens struktúrává tapadnak öszsze, ennek során általában nincs szükség nyomás alkalmazására, mint például a nyomásmentes szinterelés során, de több esetben kiegészítő erőt is használunk, például egytengelyes vagy izosztatikus nyomással hatunk a testre; (5) Az elkészült kerámia anyagot szükség szerint csiszoljuk vagy más módon kikészítjük. A technikai fejlesztő munkák jelentős része arra irányul, hogy a por alakú alapanyagok előkészítési technológiáját tovább javítsák. Itt két irányzatot különböztethetünk meg, mégpedig (1) egyenletes és rendkívül finom szemcsézettsé-1 gű anyagok előállítása szórásos, plazmás és lézeres technológiák segítségével; (2) a kiégetés és össze tömöri tés módszereinek tökéletesítése, mégpedig a szinterelés az egy irányú és az izosztatikus összenyomás technológiájának javítása. Az említett fejlesztő munkák célja az, hogy sűrű, finom szemcsézettségű, repedésektől és idegen strukturális elemektől mentes mikrostruktúrákat állítsanak elő. Megállapítható, hogy a kerámia ipar teljesítő képessége ezekben a vonatkozásokban számos területen jelentősét javult. A javulást azonban az előállítási költségek túlságosan is nagy növekedése kíséri, és ez az oka annak, hogy a legkiválóbb tulajdonságokkal jellemzett kerámiák széleskörű alkalmazása egyelőre nem figyelhető meg. A kerámia anyagok előállítása során további problémát jelent az, hogy a méretek nem növelhetők, különösen az ismert technológiák alkalmazása során. A hagyományos eljárások segítségével gyakorlatüag kizárt olyan termékek előállítása, amelyek egy darabból állnak, és méreteik viszonylag nagyok. A termékek méreteinek növekedése számos problémához vezet, így pl. a kiégetési idő növekszik, nagyobb térfogatú anyagmennyiséggel szemben kell az egyenletességi követelmények betartására ügyelni, gyakrabban fordul elő az alkatrészek összetör ése vagy károsodása az egyenetlen tömörítés és a hő hatására keletkező feszültségek miatt, a színtereléssel nem mindig lehet a kívánt minőségű terméket előállítani, az esetleges tömörítés javításához igen nagy erőkre volna szükség, valamint az izosztatikus és egytengelyes összenyomás esetén a szerszámok méretei növekszenek. Ha a hagyományos módszereket kerámia mátrix alapú összetett szerkezetek előállítására alkalmazzuk, további nehézségekkel kell számolni. Különösen vonatkozik ez a tömörítés (kiégetés) műveletére. A szokásos módszer, vagyis a nyomásmentes szinterelés igen nehézzé, vagy esetleg lehetetlenné válik, ha olyan szemcsézett anyagot használunk, amely mellett a szerkezet a tömörítés előtt nem túlságosan kompatibüis. A normál szinterelési folyamat szinte kivitelezhetetlenné válik a szálas töltőanyaggal kialakított összetett szerkezeteknél, mivel ebben az esetben a mátrix részecskéinek összeolvadását a szálak késleltetik, továbbá a tömörítési folyamat során nem teszik lehetővé a szemcsék szükséges átrendeződését. Ezeket a nehézségeket egyes esetekben részben ki lehet küszöbölni, ha a tömörítési folyamatot nagy hőmérsékleten nyomás alkalmazásával egészítjük ki. A folyamat azonban ebben az esetben nehezen megvalósítható, a nyomás hatásának kitett szálak eltörhetnek, megsérülhetnek, a komplex bonyolult alakú termékek előállítása nehézkes, különösen ha egytengelyes nyomást kell alkalmazni, a termelékenység alacsony marad, és ezzel együtt a költségek is növekednek, míg az elkészült termékek kikészítése általában jelentős munkát igényel. További nehézségekkel kell számolni a szálszerű töltőanyagokkal kialakított kerámia anyagok előkészítése során, mivel a porszerű alapanyagok és a szálak keverése nehézkes és ezért számos problémát okoz az a tény, hogy a mátrixban a szálas anyagot nem lehet megfelelő módon egyenletesen eloszlatni. 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
