203857. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű kerámia test előállítására fémalapanyag oxidálásával és önhordó szerkezetű kerámia test
1 HU 203 857 B 2 mia testet alumínium-trioxid kerámia mátrixszal hozzuk létre, vagyis alumínium kiindulási fém alapanyagot választunk és azt oxigénnel hozzuk reakcióba, valamint a kerámia szerkezetben alumínium-trioxidot alkalmazunk töltőanyagként, a második fém lehet például a szilícium, a nikkel, a vas vagy a króm, amelyek oxidját az alumínium-trioxid töltőanyag ágyába keverjük, vagy avval az alumínium fém alapanyagot bevonjuk. Ha tehát laumínium fém alapanyag mellett például krómot kívánunk második fémként alkalmazni, azt a megolvadt fém alapanyag mozgása közben úgy viheti magával, hogy a töltőanyag ágyába kevert króm-oxidot lebontja. Amikor ugyanis az alumínium megolvadt állapotban a króm-oxiddal érintkezik, azt redukálja és a króm fémes alakban felszabadul. így a króm fémként jut be a megolvadt alumínium mozgó áramába és a transzport jelenségek révén jut be az oxidációs reakciótermékbe, szükség szerint annak a felületéig is vándorol, miközben a megolvadt alumínium fém alapanyag a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerrel kapcsolattá lépve az oxidációs reakciótermék rétegét növeli. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során igen hasznosnak bizonyultak azok a dópoló anyagok, amelyek az oxidációs reakció előnyös befolyásolására képesek. A jelen találmány szerinti eljárás foganatosítása során a tópoló anyag tulajdonságait tekintve olyan fém vagy fémes vegyület, fázis lehet, amely a második fémmel kapcsolatos vagy olyan anyagforrást alkot, amelyből a második fém képes a kerámia test szerkezetébe átmenni. így például a szilícium igen alkalmas dópoló anyag, amely a kerámia test fémes összetevőjének kívánt karakterisztikájához lényeges módon képes hozzájárulni, ha ez a karakterisztika a hőmérséklettel kapcsolatos tényezőkre vonatkozik. A szilíciumot alkalmazhatjuk elemi fémként, szilíciumdioxidként, s mindkét esetben a dópoló anyag funkciója mellett a második fém forrásaként is szerepel. Bizonyos esetekben azonban nem áll rendelkezésre olyan dópoló anyag, amely egyidejűleg a második fém forrása is lehetne, így biztosítva a szükséges szerkezeti jellemzőket Ilyen esetekben a dópoló anyagot a második fémnek megfelelően kell megválasztani, de mindenkor figyelembe kell venni, hogy a második fémmel kapcsolatos dópoló anyag alkalmazása a fém alapanyag oxidációs reakciótermékének tulajdonságaira is hat. Ezért a jelen találmány szerinti eljárás foganatosításakor, amikor egy vagy több olyan fémes fázist kell létrehozni, amely a fém alapanyagot és a második fémet tartalmazza, de egyidejűleg dópoló anyagra is szükség van, a fém alapanyag és a második fém koncentrációit annak figyelembevételével kell meghatározni, hogy ilyen esetekben a csak a fém alapanyagot és a második fémet tartalmazó bináris rendszerekben meghatározottaktól eltérő koncentrációkra is szükség lehet a kívánt fémes fázisok létrehozásához. Ennek megfelelően a fémek közötti kölcsönhatást tekintetbe véve kell a koncentrációkat meghatározni, mivel a több fém kötött lezajló folyamatok hatásaként az eredetileg elképzelt fémes fázisoktól eltérőek alakulhatnak ki. A dópoló anyagok alkalmazása a fém alapanyag esetében is szokásos. Ennek lehetőségei a következők: (1) a fém alapanyag ötvöző anyagát adják, (2) a fém alapanyag felületének legalább egy részét borítják, (3) a töltőanyag vagy előminta egészében vagy egy részében vannak eloszlatva. Ezek a lehetőségek egymást kiegészítőkig is alkalmazhatók. így célszerűnek bizonyult az a megoldás, hogy a dópoló anyagot ötvöző összetevőként bevisszük a fém alapanyagba és egyúttal a töltőanyagba egy vagy több dópoló anyagot keverünk. Ezzel együtt lehetséges a fém alapanyag felületének egy részére is megfelelő dópoló anyag felvitele. A dópoló anyagok feladata és szerepe számos tényezőtől függ. Ilyen tényező például a dópoló anyagok kombinációja, a kívülről a fém alapanyag felüleltére felvitt dópoló anyag jelenléte ötvözött fém alapanyag alkalmazásakor, a dópoló anyag koncentrációja, az oxidáló környezet, azok a feltételek, amelyek között a reakció zajlik, valamint az adott eljárás esetében a második fán minősége és jelenléte, illetve koncentrációja. Alumíniumot mint fém alapanyagot és levegőt mind oxidálószert használva a leghasznosabbnak a megnézium, a cink és a szilícium alkalmazása bizonyult Ezek a dópoló anyagok együttesen vagy bármilyen koncentrációban egymással, illetve további dópoló anyagokkal együtt használhatók. Az alumíniumba ezeket a dópoló fémeket vagy alkalmas forrásukat ötvözetként vihetjük be és általában részarányuk az ötvözött anyaghoz viszonyítva 0,1 ... 10 t%. A dópoló anyagok, vagy alkalmas forrásaik, mint az oxidok (MgO, ZnO vagy Si02) a fém alapanyagba kívülről is bevihetők. Alumihium-oxid alapú kerámia struktúrát állítottunk elő például alumínium-szilícium ötvözetből oxidálószerként levegőt használva és ekkor a felületre az oxidálandó fém alapanyag minden g-jára számítva legalább 0,0008 g magnézium-oxidot vittünk fel, ami a felületre számítva cm2-enként mintegy 0,003 g-ot jelentett. Alumínium fém alapanyag tulajdonságainak javítására hatékonyak olyan dópoló anyagok, mint a nátrium, germánium, ón, ólom, lítium, kalcium, bór, foszfor és ittrium, ha az oxidációs reakció közege oxigén vagy levegő. Ezek a fémek külön-külön és egyéb dópoló anyagokkal keverve használhatók, alkalmazásuk során célszerűen az oxidációs reakció feltételeit vesszük figyelembe. Ugyancsak hasznosnak bizonyultak egyes ritkaföldfémek, mint a cérium, lan tán, prazeodhúum, neodímium és a szamárium, amelyek különösen egyéb dópoló anyagokkal együtt fejtenek ki előnyös hatást. Az említett dópoló anyagok az alumíniumra épülő kerámia szerkezetek polikristályos felépítésű oxidációs reakciótermékként való előállításakor a folyamatot jelentősen meg tudják gyorsítani, és ezzel azt nagyon előnyösen befolyásolják. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során célszerű lehet gátló elem alkalmazása is, amely képes olyan határfelületet meghatározni, melyet az oxidációs reakciótennék növekedési folyamata során nem lép túl, illetve amely képes az oxidációs reakciótennék 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 9
