203862. lajstromszámú szabadalom • Eljárás összetett szerkezetű önhordó kerámia termékek előállítására
1 HU 203 862 B 2 fém alapanyag felületére felszórt, azzal jól kötődő bevonatot alkotó porszerű dópoló anyag szintén ismert megoldás vagy a porlasztásos felvitel is alkalmazható a felület egészére vagy csak egy részére. A folyékony szuszpenzió, amely vízzel és szükség szerinti szerves kötőanyaggal készült szórással vihető fel a fém alapanyag, vagy az előminta felületére, belőle az oldó- és kötőszer nedves összetevőjének elpárologtatása után jól tapadó bevonat alakul ld, amely az előmintának és a fém alapanyagnak a megmunkálás előtti kezelését nem zavarja. A kívülről felvitt dópoló anyagok általában a felület egy részét borítják, a fém alapanyagon kialakított egységes vastagságú réteg formájában. A tapasztalat szerint a dópoló anyag mennyisége igen széles értéktartományban változhat, például fém alapanyagként alumíniumot használva a kísérletek során nem sikerült olyan alsó vagy felső határt meghatározni, amely alatt, illetve fölött a dópoló anyag hatása nem lenne észlelhető. így például alumíniumot és magnéziumot tartalmazó fém alapanyag esetén, ha az oxidálószer levegő vagy oxigén, a szilícium-dioxid réteg alkalmas arra, hogy szüícium forrása legyen. Az egyik mérés szerint a fém alapanyag minden grammjára viszonyított 0,00003 g szilícium, vagy ami evvel egyenértékű, a fém alapanyag felületének minden négyzetcentiméterére felvitt 0,0001 g szüícium megfelelő dópoló hatást fejt ki. Ebben az esetben a dópoló anyagot a felület egészére vagy csak egy részére visszük fel és a felületi részarány a dópoló anyaggal bevont felületre vonatkozik. Egy másik kísérletben alumíniumot és szüíciumot tartalmazó fém alapanyagból oxigén vagy levegő mint oxidálószer jelenlétében alakítottunk ki kerámia struktúrát és azt találtuk, hogy a magnézium, mint dópoló anyag magnézium-oxid (MgO) formában már a fém alapanyag minden grammjára számított 0,0008 körüli mennyiségben, vagy ami ezzel egyenértékű, a magnézium-oxiddal bevont felület minden négyzetcentiméterére felvitt kb. 0,003 g magnézium a kívánt hatást kifejtette. Úgy tűnik, hogy a dópoló anyagok mennyiségének növelése egy bizonyos határig az öszszetett szerkezetű kerámia test előállításához szükséges reakció időtartamát csökkenti, de ez a hatás nem egyértelmű, függ a dópoló anyag minőségétől, a fém alapanyagtól és az oxidativ reakció feltételeitől. Ha a fém alapanyag alumínium, amelyet magnéziummal mint dópoló anyaggal ötvözünk és az oxidálószer levegő vagy oxigén, megfigyelhető, hogy a 820 ... 950 °C értéktartományban a magnézium legalább részben oxidként elhagyja az ötvözetet. Ilyen esetekben a magnézium-oxid és/vagy magnézium-aluminát spinell keletkezik, amely a magnéziummal dőpolt alumínium felületén dúsul fel. A növekedési folyamat során ezek a magnéziumvegyületek a fém alapanyag felületén kezdetben elfoglalt helyüket megtartják, mondhatni „iniciáló felületet” alkotnak, amelytől kiindulva a kerámia struktúra növekszik. Ez viszonylag vékony réteget jelent, amelyet szükség szerint a belőle kiindulóan kinövesztett alumínium-trioxid alapú kerámia struktúra felületéről egyszerű eszközökkel el lehet távolítani. A tapasztalat szerint ez az általában magnézium-aluminát spinell összetételű iniciáló felület homokfúvással, a fémmegmunkálás ismert eszközeivel, csiszolással, stb. könnyen leszedhetők. A találmány tárgyát a továbbiakban egy példa mutatja be még részletesebben. 1. példa Alumínium ötvözetből, amely 51% szüíciumot, 31% magnéziumot, 91,7 t% alumíniumot és 0,3 t% szenynyezőt tartalmaz, 25,4 mm vastag 22,2 mm széles és 203 mm hosszú blokkot készítettünk, amelyet vízszintesen a Norton Co. által gyártott 100 mesh szemcsézettségű 38 Alundum jelű viszonylag semleges alumínium-trioxid anyagú ágyon helyeztünk el. Az ágy tűzáüó edényben volt elrendezve. Ezt követően meghatározott határfelülettel kialakított előmintát helyeztünk a blokkra. Az előmintát a hagyományos szedimentációs öntési technikával készítettük, mégpedig 47,61% alumínium-trioxidot (a Norton Co. 1000 mesh szemcsézettségű E67 Alundum jelű termékét), 23,7t% kaolinagyagot (az EPK, Georgia Kaolin cég 98 t%-ban legfeljebb 20 pjn szemcsézettségű anyagot tartalmazó termékét) valamint 28,5 X% vizet tartalmazó szuszpenzióból. Az összetevőkből homogén keveréket készítettünk és azt a kívánt alakú, alabástromgipszből készült mintába öntöttük. A 20 perces pihentetés után az előmintát 90 °C hőmérsékleten kiszárítottuk, majd levegő jelenlétében 700 “C hőmérsékleten 30 perden keresztül előégettük. Az előmintára cirkónium-dioxidból, pl. 24 mesh szemcsézettségű anyagból áüó réteget vittünk fel nagyjából 76 mm vastagságban. Az így kapott elrendezést levegő utánpótlásának biztosításával kialakított kemencébe helyeztük és a levegő utánpótlásának fenntartása mellett 96 órán keresztül 1000 *C hőmérsékleten tartottuk. A hevítés eredményeként cirkónium-dioxid alapú kerámia réteggel borított összetett szerkezetű önhordó kerámia testet nyertünk, ahol mind a test, mind pedig az előminta anyagában az alumínium-trioxid mint alapösszetevő volt a meghatározó. A cirkónium-dioxid réteg jelenléte miatt létrejött kerámia réteg mechanikai integritása jóval kisebbnek mutatkozott, mint a vele borított, alumíniumtrioxid alapú kerámia mátrixból felépülő, az előminta anyagát befogadó kerámia testé. A kemencében előállított terméket kinyertük, majd lehűtöttük és a hideg termék felületéről a kerámia réteget homokfúvással eltávolítottuk. íly módon olyan összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket kaptunk, amelynek határfelületét a kezdetben felvitt cirkónium-dioxid réteg határfelülete egyértelműen kijelölte és az a kívánt alakot nagy pontossággal követte. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Eljárás összetett szerkezetű önhordó kerámia termékek előállítására, amikoris fém alapanyagból lényegében a fém alapanyag egy vagy több oxidáló összetevőt, de legalább egy gáz vagy gőz halmazállapotú oxidáló összetevőt tartalmazó oxidálószerrel végrehajtott 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 11
