203859. lajstromszámú szabadalom • Eljárás összetett felépítésű önhordó kerámia struktúrák előállítására, valamint összetett felépítésű önhordó szerkezetű kerámia borítású fémes struktúra
1 HU 203 859 B 2 A találmány tárgya eljárás összetett felépítésű önhordó kerámia struktúrák előállítására, valamint összetett felépítésű önhordó szerkezetű kerámia borítású fémes struktúra. A javasolt eljárás során fém alapanyagot oxidálószer jelenlétében oxidálva belőle polikristályos anyagként létrehozott kerámia mátrixot készítünk, a kerámia mátrixot töltőanyaggal és az oxidálószerrel kialakult oxidációs reakciőtermékkel egészítjük ki, míg a találmány szerinti struktúra kerámia alapra épül fel. Az elmúlt években megfigyelhető az az egyre inkább kifejlődő törekvés, hogy a hagyományosan fémekből készült alkatrészeket kerámia anyagú elemekkel váltsák ki. Ennek számos korlátja volt ismeretes, hiszen a kerámia anyagok általában törékenyek, tömeges gyártásuk költséges, szilárdságuk általában nem kedvező. Történtek próbálkozások porokból, illetve más nyersanyagokból szintereléssel és meleg préseléssel történő előállításra, de ezek a technikák különösen nagyobb méretű alkatrészek esetében nem használhatók, ugyanis a nagyobb tömegű porszerű anyag tömörítése gyakorlatilag megoldhatatlan. A porra épülő, tehát színtereléses és préseléses technikák hátránya az is, hogy összetett szerkezetű kerámia struktúrák nehezen vagy egyáltalában nem hozhatók ily módon létre. Az összetett kerámia struktúrák általában heterogén eloszlásúak, kettő vagy több anyag bennük heterogén módon van jelen, a különböző anyagok szerkezetileg kapcsolódnak egymáshoz és így biztosíthatják a szükséges tulajdonságokat. A hagyományos eljárások azonban itt is sok kívánnivalót hagynak maguk után. A találmány feladata olyan eljárás kidolgozása, amelynek révén az ismert technológiák nehézségeinek kiküszöbölésével összetett szerkezetű, kívánt méretű és szükség szerint nagy sorozatban gyártható termékek készíthetők. A feladat továbbá az eljárás költségek csökkentése és adott esetben olyan termék kidolgozása, amely az ismert tömör kerámia termékeknél könnyebb, kevesebb költséggel készíthető el. A találmány alapja az a felismerés, hogy önhordó szerkezetű, összetett felépítésű kerámia struktúra hozható létre oly módon, hogy fém alapanyagot megfelelően választott, vele nedvesíthető töltőanyag ágyába növesztünk át, pontosabban olyan oxidációs folyamatot hajtunk vére, amikoris az oxidációs reakcióterméknek a töltőanyagba történő infiltrációja biztosítja a kerámia struktúra létrejöttét. Az első próbálkozások azt mutatják, hogy az ilyen jellegű technika csak nehezen biztosítja a kívánt geometriai alakzatot. Felismerésünkhöz tartozik az is, hogy ez az oxidációs folyamat jól befolyásolható olyan dópoló anyaggal, amelyet a kiindulási fémhez adagolunk, mivel ezzel az anyaggal az oxidációs reakciótermék kívánt nagyságú testié, önhordó kerámia szerkezetté növelhető. A dópoló anyagok kívülről is felvihetők a fém alapanyagra, mivel a hatásuk szükség szerint befolyásolható. Egy további lényeges felismerés az, hogy megfelelően kialakított töltőanyag felhasználásával lehetőség nyílik olyan összetett szerkezetű kerámia struktúrák létrehozására, amelyekben egy vagy több üreg van és ezek inverz módon reprodukálják a fém alapanyag alakját, illetve a fém alapanyagon létrehozott mintázatnak lenyomatát képesek biztosítani. Erre a felismerésre támaszkodva jutottunk el arra a következtetésre, hogy jól meghatározott alakú vagy geometriájú összetett szerkezetű kerámia struktúrák is létrehozhatók, ha alakítható töltőanyagból a kívánt alakot mutató előformát hozunk létre, majd ezt az előformát a fém alapanyaggal kapcsolatba hozzuk és oxidációs reakcióját úgy folytatjuk le, hogy annak révén az oxidációs reakciótermék az előminta térfogatát átjárja. Megfigyeltük azt is, hogy az ilyen előminta alkalmazása mellett igen célszerű lehet olyan gátló anyagok vagy elemek felvitele az előminta valamely felületére, amely képes az oxidációs reakciótermék növekedését megakadályozni és így biztosítani azt, hogy az összetett szerkezetű önhordó kerámia struktúra egy meghatározott határfelületig pontosan kövessen egy előre meghatározott alakzatot. A kitűzött feladat megoldására, az ismertetett alapfelismerések hasznosítására olyan eljárást dolgoztunk ki, amely alkalmas önhordó összetett szerkezetű kerámia struktúrák létrehozására, amikoris fém alapanyagot oxidálószer jelenlétében oxidálunk, belőle polikristályos anyagot képezünk, amely a későbbiekben kerámia mátrixként működik és a kerámia mátrixot töltőanyaggal és az oxidálószerrel kialakult oxidációs reakciótermékkel egészítjük ki. A találmány szerint a fém alapanyag adott tömegét és a töltőanyagból készült permeábilis anyagú testet egymás közelében rendezzük el és ezzel biztosítjuk az oxidációs reakcióterméknek a permeábilis anyagú test irányába, illetve belsejébe történő növekedését. Ennek során a fém alapanyag adott tömegét a fém alapanyag olvasztott halmazállapotú első forrására és a fémet megolvasztott állapotban tartalmazó tartályára osztjuk, ahol a tartály az első forrással van csatlakoztatva és célszerűen gravitációs hatás biztosítja a megolvasztott fém áramlását a tartály felé. A fém alapanyag első forrását oxidálószerrel reakcióba visszük, ezzel az oxidációs reakciócióterméket létrehozzuk, az oxidációs reakcióterméket a fém alapanyagot olvasztott halmazállapotban tartó első forrás és az oxidálószer közege között tartjuk ezzel kikényszerítjük a fém alapanyag fokozatos transzportját az oxidációs reakcióteiméken keresztül az első forrásból az oxidálószer felé, a töltőanyagból kialakított permeábilis anyagú testbe és ezzel az utóbbiban az oxidációs reakciótermék létrejöttét az oxidálószer és a már létrejött oxidációs reakciótermék határfelületén biztosítjuk. Eközben a fém alapanyag első forrását a tartályból elszállított olvasztott fém alapanyaggal szakaszosan vagy folyamatosan kiegészítjük és ezzel az oxidációs reakciótermék keletkezését, a töltőanyagból készült permeábilis anyagú testnek az oxidációs reakciótermékkel való infiltrációját legalábbis a permeábilis anyagú test anyagának egy részéig folytatjuk és ezzel az összetett felépítésű önhordó kerámia struktúrát kialakítjuk. A fém alapanyag tartályát célszerűen az első forrás 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
