203858. lajstromszámú szabadalom • Eljárás töltőanyagot tartalmazó kerámia termék előállítására
1 HU 203 858 B 2 anyag oxidációjával létrejövő kerámia típusú anyag (vagyis alfa-módosulatú alumínium-trioxid) a 12 ágy anyagát átnőhesse. Az 5. ábrán az Alcan márkanevű C-72 jelű alfa-módosulatú alumínium-trioxid őröletlen részecskéivel a kerámia anyag infiltrációja után kialakult szerkezet mikrofelvételét mutatjuk be. A megemelt hőmérsékletet addig tartjuk fenn, amíg az oxidációs reakciótennék a 12 ágyat a kívánt mértékben átjárja. Az így kapott végtermék merev, önhordó szerkezetű test, amely alfa-módosulatú alumíniumtrioxid kristaliitokból épül fel, amelyeket a töltőanyag részecskéi szolgáltatnak, míg a részecskéket polikristályos szerkezetű, alfa-módosulatú alumüiium-trioxidból felépülő mátrix fogja be, és a mátrixban a fém alapanyag oxidálatlan összetevői kisebb vagy nagyobb mennyiségben jelen lehetnek. A találmány szerinti eljárás ellenőrzése céljából szedimentációs öntéssel az Alcan márkanevű C-70 sorozatú alumínium-trioxidok alkalmazásával előmintákat készítettünk. Amikor ezeket az előmintákat oxidálószer és különösen levegő jelenlétében megolvadt alumínium alapanyaggal hoztuk kapcsolatba és így kívántunk alumínium-trioxid alapú kerámia mátrixot létrehozni, azt tapasztaltuk, hogy a folyamat meglehetősen lassan zajlott. Amikor azonban a töltőanyag ágyát, illetve a zelőmintát őröletlen állapotú alumínium-trioxidból, mégpedig ugyancsak az Alcan márkanevű C-70 sorozatú termékekből alakítottuk ki, lényegében ugyanolyan feltételek mellett a mátrix növekedése jelentősen felgyorsult. Az őröletlen részecskékből álló ágyban az alumínium-trioxid alapú mátrix és a vele együtt beépülő fémes összetevők a porózus részecskék belső terét teljesen kitöltötték végeredményben sűrű finomszerkezetű mikrostrukturát kaptunk, amely alkalmas volt strukturális alkalmazásokra, alkatrészek létrehozására. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során támaszkodunk azokra az eljárásokra, amelyek segítségével önhordó szerkezetű kerámia anyagú test hozható létre fém alapanyag oxidációs reakciójának segítségével. Ezekben az eljárásokban a fém alapanyagot olvadáspontját meghaladó, de adott oxidálószer jelenlétében kialakuló oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletre hevítjük, a megemelt hőmérsékletet folyamatosan fenntartjuk és így a fém alapanyagot olvasztott állapotban tartva folyamatosan kapcsolatba hozzuk alkalmas, különösen gáz vagy gőz halmazállapotú oxidálószerrel és így oxidációs reakció feltételeit biztosítjuk. Az alkalmas feltételek között lezajló oxidációs reakció terméke teljes egészében vagy legalább egy részében kapcsolatban marad a fém alapanyaggal egy oldalon és az oxidálószerrel másik oldalon, a megemelt hőmérséklet hatására olyan anyagréteget képez, amelyből a megolvadt fém képes áthatolni, vagyis a polikristályos oxidációs reakciőtermék lehetővé teszi a megolvadt fém transzportját az általa eredetileg elfoglalt helyről az oxidálószer és az oxidációs reakciótermék határfelülete hányában. A megolvadt fém alapanyagnak ezt a határfelületet elérő része az oxidálószerrel reakcióba lép és így az oxidációs reakciótermék rétege folyamatosan növekszik. A reakció folyamatában egymással kapcsolódó krisztallitokból álló, folyamatosan növekvő kerámia struktúra jön létre. Az így kialakított kerámia testben a fém alapanyag oxidálatlan összetevőit vagy magát a fém alapanyagot is tartalmazó zárványok keletkezhetnek, amikor az oxidációs folyamat befejezésével a kerámia testet lehűtjük, a megemelt hőmérsékletet lecsökkentjük. A fizikai és kémiai folyamatok eredményeként olyan újszerű kerámia anyag jön létre, amely a fém alapanyag oxidációs reakciótermékéből épül fel. Az oxidációt célszerűen gőz vagy gáz halmazállapotú anyagként választjuk meg, vagyis a megemelt hőmérsékleten elgőzölgött, vagy azon is gáz halmazállapotban levő, oxidáló atmoszférát alkotó gázszerű anyagot használunk. Ha az oxidációs reakciót oxid előállítására használjuk, az oxidálószer oxigéngáz vagy olyan gázkeverék, amelyben oxigén van jelen, így különösen levegő. Nyilvánvaló gazdasági okok miatt a levegő felhasználását különösen előnyösnek kell tartani. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során azonban az oxidáció fogalmát szélesen kell értelmezni, és midnen olyan folyamatot oxidálásnak tekintünk, amikor fémet elektron leadására vagy megosztására késztetünk alkalmas oxidálószerrel, az ismert elvek szerint. Ennek megfelelően az oxidálószer tartalmazhat egy vagy több elemet, valamint vegyületet, tehát oxidálószerkén toxigéntől eltérő anyagot is lehet használni. Adott esetben a oxidációs reakciótermék növekedési folyamatát egy vagy több dópoló anyaggal kedvezően lehet befolyásolni. A dópoló anyagokat általában a fém alapanyag ötvöző összetevőjeként visszük be a folyamatba. így például a fém alapanyagként alumüűumot és oxidálószerként levegőt választva a dópoló anyagok igen széles osztálya használható, közöttük különösen alkalmasnak bizonyult a magnézium és a szilícium bevitele ötvöző összetevőként a fém alapanyagba A dópoló anyagok felhasználásának azonban más lehetőségei is ismeretesek, így például a növekedési feltételeket jól lehet befolyásolni olyan porréteg kialakításával, amely a fém alapanyag legalább egy felületét borítja és a szükséges dópoló összetevőket porított formában tartalmazza. Ez a megoldás azért különösen kedvező, mert szükségtelenné teszi a fém alapanyag dópolását a kívánt fémekkel, vagyis a dópoló összetevők, különösen a magnézium, a cink és a szilícium oxidként alkalmazhatók, hiszen alumíniumot fém alapanyagként és levegőt oxidálószerként alkalmazva a megemelt hőmérsékleten lejátszódó kémiai folyamatok a kívánt fémeknek a folyamatba való bevitelét lehetővé teszi. Az előzőekben ismertetett megoldások révén az oxidációs reakciótermék rétege kis nehézségek árán megnöveszthető olyan vastagságokra, amelyeket előzőleg elérhetetlennek vagy rendkívül nehezen elérhetőnek tartottak a hagyományos technológiákkal előállított kerámia anyagok esetén. Az oxidációs reakciótermékkel borított és olvadáspontját meghaladó hőmérsékletre hevített, szükség szerint dópoló anyagokkal kiegészített fém alapanyag a saját oxidációs reak5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 11
