189338. lajstromszámú szabadalom • Eljárás polikritályos szövetszerkezetű alumíniumoxid kerámiák előállítására
1 189 338 2 A találmány tárgya eljárás 92-99,9% AI203 tartalmú polikristályos szövetszerkezetű kerámiák előállítására, olymódon, hogy 15-35 mól% alumínium-oxidból, 20-30 mól% lantán-oxidból, 40-60 mól% nióbium-oxidból és/vagy ezekkel egyenértékű oxidot adó sóikból, de legalább az egyik hőre könnyen bomló sójából álló keverékhez hordozóként ezen alkotók oxidokban kifejezett összsúlyának 4-8-szoros mennyiségében legalább 5 m2/g fajlagos felületű gamma alumínium-oxidot és/vagy más ezzel egyenértékű alumínium-vegyületet adunk, az így kapott keveréket összeőrléssel homogenizáljuk, majd 1250-1400 °C hőmérsékleten izzítjuk és legalább 90%-ában 1 pm szemcseméretüvé őröljük, majd ebből annyit mérünk be a kerámiaiparban használatos alumínium-vegyületekhez, hogy a készítendő kerámia lantán-oxid és mióbium-oxid együttes tartalma 0,1—3 súly% legyen, továbbá szükség szerint 1-5 súly%-ban hozzámérünk egyéb ismert adalékanyagot, majd a porkeveréket 70-90%-ában 1 pm alatti átlagos szemcseméretűvé őröljük és ismert módon formázzuk, majd 1400-1600 °C-on zsugorítjuk. Ismeretes, hogy az alumínium-oxid alapú kerámiák előállításánál különböző adalék-anyagokat -mint például MGO-t és Y203-ot a 3 377 176 számú amerikai szabadalom szerint, La203-t az 1 252 581 számú angol szabadalom szerint és Si02- t az 1 330 309 számú francia szabadalom szerint stb. - őrölnek az alapanyaghoz a zsugorítási hőmérséklet leszállítása, a szemcseméret-növekedés csökkentése, egyes sajátságainak, például fényáteresztő képességének növelése, felületi simaságának fokozása stb. céljából. A magas olvadáspontú adalék-oxidok 1 súly% alatti mennyiségei általában 1700 °C hőmérséklet felett fejtik ki hatásukat. így például a közismert MgO-nak is csak 1700°C hőmérséklet körül jelentkezik - spinel képződése folytán - az alumíniumoxid szemcsék növekedését gátló tulajdonsága. Azonban e hőmérsékleteken a MgO jelentős menynyisége elpárolog az idomtest felületéről, aminek következtében az alumínium-oxid kerámia felületén a kristályok nem kívánatos mértékben feldurvulnak. Jobb eredményeket érnek el az áttetsző alumínium-oxid kerámiák előállításánál, ha a MgO más szemcsenövekedés-gátló anyagokat,- mint például Y203-ot, La203-ot a 1 249 355 és 1 264 914 számú angol-, valamint a 180 486 számú magyar szabadalom szerint - is bevisznek, bár a zsugorítást így is 1800 °C hőmérséklet körül végzik vákuumban vagy hidrogén atmoszférában. E nagytisztaságú kerámiák előállításánál, illetőleg az adalékanyagok minőségi - mennyiségi kiválasztásánál figyelembe kell venni azt is, hogy míg egyes adalék-oxidok (például Cr203, Zr02) a kerámia bizonyos, például mechanikai, hőtechnikai paramétereit javítják, ugyanakkor más, például elektromos, dieíektromos sajátságok szempontjából károsan hatnak. Hőlökés-állóság fokozása céljából lehet adalékként például Ce02 + MgÖ-dal stabilizált Zr02-ot is bevinni az alumínium-oxidhoz,-mint például al58 576 számú magyar szabadalmi leírás szerint - de a zsugorítási hőmérséklet így is 1700 °C körül kell állandósítani, hogy a szilárdfázisú reakció végbemenjen. Ugyanakkor már az alumínium-oxid alapanyag kristályai is feldurvulnak, csökkentve ezáltal a korund-kerámia értékes, például mechanikai sajátságait. A zsugorítási hőmérséklet leszállítása és egyben a hőlökésállóság fokozása tekintetéből kedvező a 65 súly%, öt-féle alumínium-oxidot és 35 súly% szilícium-karbidot tartalmazó anyag- mint például a 3 979 214 számú amerikai szabadalom szerint, mely 1450 °C hőmérsékleten zsugorítható - azonban az ebből előállított olvasztótégelyek durva szemcsézettségűek, nagy a porozitásúk és a SiC oxidációra érzékeny tulajdonsága miatt csak adott területen használhatók, illetőleg ez az anyagösszetétel kiterjedtebb felhasználásra nem alkalmas. A zsugorítási hőmérséklet leszállítását elősegítik a több-kevesebb mennyiségben bevitt, alacsony olvadáspontú oxidok,- mint például a 3 388 832 számú amerikai szabadalom szerint a Nb:!05 és a 888 628 számú angol szabadalom szerint a V205 - vagy az alumíniumoxiddal alacsony hőmérsékleten olvadó fázist képező oxidok- mint például a 1 465 111 számú angol szabadalmi leírás szerint a Ee203 és a Steklo i Keram 57, 5 1981. irodalmi helyen leirt MnO adagolása - továbbá a külön családot képező szilikátok -mint például a 156 766 számú magyar szabadalom szerint - talkum. kordierit stb. alkalmazása. Ezek a vegyületek specifikusan hatnak és egy adott jellemző, például könnyebb fémezhetőség és forraszthatóság, jobb felületi érdesség kialakítása, keménység csökkentése érdekében, vagy csak gazdaságossági meggondolásokból őrölnek az alumínium-oxid alapanyaghoz. Az általában 2-6 súly%-ban bevitt adalékok jelentősen leszállítják ugyan a zsugorítási hőmérsékletet, azonban a folyadék-fázisú szinterelés során az idomtest könynyen kilágyul, deformálódik. Ennek következtében és a sok „idegen” anyag miatt az alumínium-oxid alapú kerámia csökkentett értékű paraméterekkel fog rendelkezni, néhány előnyös sajátsága mellett. További hátrány, hogy a külön-külön adagolt kis mennyiségű adalék-oxidokat a nagy mennyiségű alapanyagban nehéz egyenletesen szétoszlatni. Ennek hiánya pedig gátolja az egységes struktúra kialakulását, ami szerkezeti inhomogenitásokhoz vezet, melyek például elektronmikroszkóppal jól érzékelhetők: A külön-külön adagolt anyagok eltérő kémiai affinitásuk, olvadáspontjuk, morfológiájuk stb. miatt specifikusan hatnak az emelkedő hőmérséklet folyamán. Ennek eredményeképpen a zsugorítás alatt különböző vegyes, illetőleg átmeneti oxidrendszerek alakulnak ki az alumínium-oxid kerámiában. Ugyanakkor a magas hőmérséklet nagy hőkiterjedéssel is jár, ami az idomtestek elrepedezését okozhatja. Általában azzal a magas, illetőleg alacsony olvadáspontú adalék-anyagokkal érhető el kedvezőbb hatás, amelyekben a kation ionsugara közel áll az Al1+ 0,05 nm-es ionsugarához, mert ezek könnyebben épülnek be az alumínium-oxid hexaéderes kristályrácsába. Ezzel együtt azonban a legjobb minő-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
