189338. lajstromszámú szabadalom • Eljárás polikritályos szövetszerkezetű alumíniumoxid kerámiák előállítására
1 189 338 2 ségü alumínium-oxid kerámiák előállítása csak 1700 °C hőmérséklet feletti zsugorítással vákuumban, hidrogénben vagy oxidáló atmoszférán történhet, mely követelmények sem technológiailag, sem gazdaságilag nem hagyhatók figyelmen kívül. A találmány célja, hogy az ismert gyártástechnológiák hátrányosságainak csökkentése érdekében olyan eljárást tegyen lehetővé, amely kismennyiségű adalékanyagokkal alacsonyabb hőmérsékletű zsugorítás mellett is biztosítja a polikristályos szövetszerkezetű alumínium-oxid kerámiák sajátságait.- A találmány azon a felismerésen alapul, hogy a fr szintetikus úton alkotóiból előállított alumíniumlantán-niobát ternér oxidrendszer már kis mennyiségben is, viszonylag alacsony, 1500 °C körüli hoir mérsékleten nagyban elősegíti az alumínium-oxidból formázott idomtestek zsugorodását, tömörödését, s emellett megkönnyíti más, magas és/vagy alacsony olvadáspontú oxidok egyidejű adalékolását is. E felismerés alapján a kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan eljárás segítségével oldottuk meg, amelynek lényege, hogy magas- és alacsony-olvadáspontú oxidokat, így 2047 °C-on olvadó Al2C>3-ot, 2307 °C-on olvadó La203-ot és 1419 °C-olvadáspontú Nb205 és/vagy a jelzett fémeknek oxidokat adó vegyületeit, számított menynyiségben összeőröljük, majd lépcsőzetes hőkezeléssel reagáltatjuk egymással. Ennek megfelelően 1250-1300 °C hőmérséklet körül megkezdődik a lantán-oxid és a nióbium-oxid, majd 1340 °C-on az alumínium-oxid és a nióbium-oxid közti reakció, s végül e köztes termékekből 1400 °C hőmérséklet környezetében keletkezik az AlLa2Nb04 közelítő képlettel jellemezhető ternér, eutektikus oxidrendszer. A részben naszcensz állapotú anyagok közti bonyolult reakció az alábbi egyszerűsített egyenlettel írható fel: AI203 + La203 + 2 Nb205 = 2 AlLa 2 Nb04 Az oxidok átalakulásának folyamata röntgendiffrakciós módszerrel jól követhető. Találmányunk még célszerűbbé tehető azon kísérleti eredményeink alapján, melyek szerint a felfűtés és a hőntartás során keletkező olvadék-fázis • igen jól oszlatható el nagy, 5-20 m2/g, előnyösen 20m2/g (BET) fajlagos felületű, egyidejűleg fölös mennyiségben jelenlévő, előnyösen gamma-alumínium-oxidon, mint hordozón. A hordozó egyben az oxidrendszer nem-kívánatos összesülését is meggátolja, megkönnyítve annak őrlését, majd homogén eloszlásban történő későbbi bevitelét. Ezen túl az aktivált alumínium-oxid lassítja a felületén kötött hatóanyag és a kerámiai-alapanyag közti túl gyors reakciót, s mint ilyen egyben gátolja is a hatóanyag szinterelés alatti esetleges elpárolgását. Találmányunk szerinti eljárással mind nagy tisztaságú, mind timföld-bázisú alumínium-oxidok egyaránt feldolgozhatok, azaz alkalmas 92-99,9% A1203 tartalmú korund kerámiák előállítására. A találmány szerinti eljárásnál előnyös, ha az alapanyag 5 pm alatti szemcseméretű, legelőnyösebb ha a szemcsék 70-90%-a 1 pm alatt van. Leírásunk szerinti, három-alkotós, de hatásában egynemű, igen reakcióképes, célszerűen nagy fajlagos felületű alumínium-oxidhidráton és/vagy gamma-alumínium-oxidon szétoszlatott oxidrendszer alkalmazása során a kerámiai alapanyag, előnyösen alfa-alumínium-oxid zsugorodását elősegítő reakció már 1440 °C-on az alumínium-lantán-niobát olvadáspontja környezetében folyadék-fázisban kezdődik, majd 1500-1600 °C közti hőmérsékleten szilárd-fázisú reakcióként fejeződik be. Találmányunk lényegét képező, AlLa2Nb04 általános képlettel jellemezhető eutektikus adalék önmagában eredményesen használható, de ezen túlmenőleg elősegíti más oxidok, szilikátok, karbidok szilárd-fázisú reakcióját az alumínium-oxid alapanyaggal még abban az esetben is, ha azok kationjainak ion-sugara lényegesen eltér az aluminium ion-sugarától. Ennek megfelelően különböző tulajdonság-fokozó adalékok, stabilizátorok, például B4C, Ce02, Cr203, SiC, Si02 Ta2Os, ZrOz, W2C stb. vihetők be az alumínium-oxid alapanyaghoz, s így „irányított“ reakciókkal az adott célnak megfelelően módosíthatjuk az alumínium-oxid alapú kerámiák sajátságait. Előnye, hogy már félszázalék alatti mennyiséggel közel elméleti, 3,94 g/ cm3-es sűrűség érhető el nagytisztaságú alapanyag megfelelő formázása és annak 1500 °C hőmérsékletű zsugorítása esetén. Ugyanakkor javítja a felületi simaságot, ami utólagos megmunkálás nélkül 1 pm körüli értéket is elérhet, továbbá az átlagosnál jobb hőlökésállóságot biztosít a kerámiának. Emellett gátolja a vékony- és vastag-falú, tagolt idomtestek zsugorodás alatti elrepedezését, deformációját, ami kihozatal szempontjából sem elhanyagolható szempont. A kész kerámia lantán-oxid + niobium-oxid tartalmát figyelembevéve, 0,1-3 súly%-ban, előnyösen 0,3 súly%-ban alkalmazva az adalékot, az a legtöbb gyakorlati célú kerámia előállítását és sajátságát előnyösen változtatja meg. Nagyobb mennyiségben bevive viszont az adalék-oxidrendszer alacsony olvadáspontjával és a felületet fokozottan simító hatásával összefüggő sajátságok kerülnek előtérbe. A találmány szerinti eljárás előnye, hogy az alkotóiból külön elkészített és célszerűen nagy fajlagos felületű alumínium-oxid hordozóra felvitt, Al- La2Nb04 képlettel jellemezhető eutektikus adalék igen jól oszlatható szét az alapanyagban, ami homogén struktúra kialakulását biztosítja. Ugyanakkor egyenletessé teszi a zsugorodást, mert gátolja a folyadék-, illetőleg szilárdfázisú reakciók túl gyors lefutását, ami az idomtest szinterelés alatti elrepedezését okozhatja. A jelenlévő folyadék-fázis pedig az alumínium-oxid kristályok könnyebb elrendeződését teszi lehetővé, ami a mechanikai feszültségek csökkenését és a zsugoritási idő lerövidülését eredményezi. A fenti adaléknak már tized-százalék nagyságrendben történő bevitele esetén is erőteljesen jelentkezik a tömörítő hatása, s így az általában szokásos 1700 "C körüli szinterelési hőmérséklet 1500 °C körülire szállítható le. Ez a beépülő kevés idegen anyag nem változtatja meg a kerámia főbb jellemzőit. Nem csökkennek az alumín ium-oxid kerámia mechanikai sajátságai sem, mivel önmagában al5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
