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 pes meghatározni. A gátló elem alkalmazásának célja az oxidációs reakciótermék növekedési folyamatának késleltetése, lelassítása vagy megállítása, amikor az összetett felépítésű önhordó kerámia struktúra a kívánt alakot felvette. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során a fém alapanyagot általában úgy osztjuk fel, hogy abból egy rész azt az első forrást alkossa, amelyből a töltőanyaggal kapcsolatba kerülő fém képes az oxidációs reakciótermék kiindulásává válni. A fém alapanyag egy másik részét nem visszük oxidációs reakcióba, ez az első forrás anyagával lejátszódó oxidációs reakció során tartályként szolgál. A fém alapanyag tartálya állandó kapcsolatban van az első fonással, vagyis azzal közlekedik és a fém alapanyag az oxidációs reakció során elfogyó fém alapanyag mennyiségének pótlására a tartályból alkalmas erők, például a nehézségi erő hatására az első forrásba áramlik, vagyis biztosítja, hogy a fém alapanyagnak mindenkor az a mennyisége legalább rendelkezésre álljon, amelyre szükség van a kívánt mértékű polikristályos anyagú kerámia struktúra megnövesztésére, vagyis például a töltőanyag egy adott, gátló elemekkel meghatározott térfogatának kitöltésére. Egyes esetekben a töltőanyag olyan ágyban van elrendezve, amikor a gátló elem a külső felületekre kerül, azokat borítja, körbefogja, vagyis ilyenkor a polikristályos kerámia anyag növekedését a gátló elemekkel meghatározott felületekig lehet folytatni. Ilyen esetekben a kerámia test alakja lényegében kongruens a gátló elemekkel meghatározott tér külső felületeivel. A polikristályos kerámia mátrix anyagának kifejlődését más módokon is lehet korlátozni. így például kedvező megoldás az, hogy a töltőanyag tömegének csak abba a részébe viszünk be oxidálószert és/vagy alkalmasan választott egy vagy több dópoló anyagot, amelyben a polikristályos szerkezet létrehozása kívánatos. Általában olyan feltételeket hozunk létre, hogy a töltőanyag tömegén belül az oxidációs reakció kinetikája kedvezőbb legyen, mint ezen a tömegen kívül. Az összetett szerkezetű, önhordó kerámia struktúra létrehozható olyan negatív alakzatként is, amely a fém alapanyag forrásának alakját adja vissza, egy vagy több üreget tartalmaz, vagyis szükség szerint üreges test is előállítható. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során az elfogyó fém alapanyag mennyiségének kiegészítésére szolgáló megoldások lehfetővé teszik, hogy ilyen esetekben az összetett felépítésű önhordó kerámia struktúra belső üregét vagy negatív alakzatának bemélyedéseit a fém alapanyag kitöltse és a fémes anyagként maradjon meg a végtermékben is, miután a kerámia struktúra előállítását követően a terméket hagyjuk lehűlni. A megszilárdult fém alapanyag a negatív alakzatból, illetve a üregből a későbbiekben ismertetendő módon szükség szerint eltávolítható. Ha előmintát alkalmazunk, vagyis a töltőanyagot kívánt alakra hozzuk, részecskéit alkalmas kötőanyaggal kezelve megfelelő szilárdságú nyers öntőmintát vagy más mintát hozunk létre. Az összetett felépítésű önhordó kerámia struktúra az előminta alakjának megfelelő formában hozható létre. Ennek feltétele, hogy a későbbiekben még ismertetendő módon olyan gátló elemeket alkalmazzunk, amelyek az oxidációs reakció továbbfejlődését megakadályozzák vagy pedig olyan feltételeket teremtsünk, amikoris az előmintán belül az oxidációs reakció kinetikája kedvezőbb, mint az előmintán kívüli térben. Természetesen a két intézkedés egyidejűleg is alkalmazható. Bár a találmányt a továbbiakban mindenekelőtt alumíniumra hivatkozással ismertetjük részletesen, mivel a tapasztalat szerint ez a fém alapanyag, amely a különböző szempontoknak a legjobban eleget tesz, az egyes műszaki igényeknek megfelelően más fém alapanyagok is választhatók. A sokrétű igények kielégítésére lehet például szilícium, titán, ón, cirkónium és hafnium közül választani, de ez a lista korántsem teljes. Ha a fém alapanyag alumínium, akkor a kerámia anyag létrehozására alkalmas oxidációs reakciótermékek egyebek között az alumínium-trioxid alfa-módosulata, az alumínium-nitrid és az alumínium-borid. Titán esetében az oxidációs reakciótermék általában titán-nitrid vagy titán-borid, ha a fém alapanyag viszont szilícium, akkor az oxidációs reakciótermékek között az esetek többségében a szilícium-karbidot, a szilícium-nitridet és a szilícium-boridot találjuk. A fém alapanyag kiegészítésére, a reakció megkönnyítésére célszerű dópoló anyagokat alkalmazni. A dópoló anyagot általában a következő lehetőségeknek megfelelően lehet a reakcióba vinni: (1) egy vagy több dópoló anyagot a fém alapanyagba ötvöző összetevőként beviszünk; (2) egy vagy több dópoló anyagot a fém alapanyag felületének egy részére felviszünk; (3) egy vagy több dópoló anyagot a fém alapanyag közelében helyezünk el, például a töltőanyag masszájába keverünk a fém alapanyag beviteli helyéhez közel egy vagy több dópoló anyagot, amely a polikristályos reakciótermék keletkezése során, a töltőanyag infiltrációjakor magába olvaszt; (4) az előzőleg említett intézkedéseket egyidejűleg is lehet alkalmazni. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során az oxidációs reakció lefolytatásához gőz vagy gáz halmazállapotú, szilárd, esetleg folyékony halmazállapotú oxidálószert használunk. A különböző halmazállapotú oxidálószerek keverékben szintén használhatók. Nem teljes listája az oxidálószereknek a következő: oxigén, nitrogén, halogének, kén, foszfor, arzén, szén, bór, szelén, tellur, ezek vegyületei és keverékei, mint például a szilícium-dioxid (ezt kiváló oxigénfonás), metán, etán, propán, acetilén, etilén és propilén (mint szén forrásai), továbbá keverékek, mint levegő, Hj/I^O és C0/C02, illetve ez utóbbi kettő (tehát H2/H20 és C0/C02) keveréke, amelyek különösen alkalmasak a környezet oxigénaktivitásának csökkentésére. Ennek megfelelően a találmány szerinti eljárással előállított kerámia testben lehetséges, hogy egy vagy több oxid, nitrid, karbid, borid és oxinitrid van, mint oxidációs reakciótermék, jelen. Alumínium mint fém alapanyag alkalmazása esetén tehát az oxidációs reakciótermék lehet az alumínium oxidja, nitride, karbidja, boridja, míg szilícium esetében a borid, ti5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 6
