193593. lajstromszámú szabadalom • Eljárás fokozott kopásállóságú alumínium-oxid kerámiák előállítására
193593 1 A találmány tárgya eljárás fokozott kopásállóságú alumínium-oxid kerámiák előállítására. A kerámiák különösen fúvási iszap- és zagyszivattyúk hengerperselyei készítésére szolgálnak. Ismeretes, hogy az alumínium-oxid porból zsugorítással előállított kerámiák száraz és nedves közegben a súrlódó, koptató hatásnak nagymértékben ellenállnak. Ennek következtében kiválóan alkalmasak hosszú élettartamot igénylő szerkezeti elemek, például iszapszivattyú csúszócsapágy, homokfúvó, fémporlasztó, stb. előállítására. A kopásállóság azonban több tényezőtől függ, közülük a legfontosabbak az alábbiak: — a kémiailag tiszta, elsősorban alkáliamentes alapanyag, amely csak hasznos adalékokat tartalmazhat, — a formázás módja, — a formatest zsugorítási körülményei (idő, hőmérséklet), — az idomtest finomkristályos szövetszerkezete, — a kristályok egymáshoz való szilárd kapcsolata, — a maximális testsűrüség, — az anyagfolytonóssági hibák kizárása, — a feszültségmentesség és — a sima munkafelület. A gyakorlatban ezeknek a feltételeknek a biztosítása számos technológiai problémát vet fel, melyekkel a szakirodalomban részletesen foglalkoztak. Általában ismeretes, hogy a különböző (például elektrotechnikai, hőtechnikai, optikai, mechanikai, kémiai) célokra készülő, alumínium-oxid-alapú kerámiák gyártásánál különböző (timföld és nagytisztaságú) alapanyagokat használnak, melyekhez a zsugorítási hőmérsékletet leszállító adalékokat visznek be. így például átlátszó (és egyben kopásálló) kerámiát állítanak elő az 1 264 914 sz. nagy-britanniai szabadalmi leírás szerinti eljárással, többek között 1 tömeg% MgO-|+Ce02 bevitelével, amikor is 1700°C körüli hőmérsékleten hidrogénben vagy vákuumban zsugorítanak. Legismertebb a tiszta magnézium-oxid bevitele [184 381 lsz. magyar vagy 1 256 966 sz. nagy-britanniai szabadalmi leírás], azonban a magnézium-oxid bevitelével egyedül a szemcseméret-növekedés gátolható 1700°C feletti hőmérsékleten, a zsugorítási hőmérséklet ez alá nem szállítható le. Hasonló a helyzet az ittrium-oxid (Y203) önálló bevitelével is [Amer. Cer. Bull. 61, (2), (1982) p. 221], Jobb eredmények érhetők el, ha e két fém-oxidot együtt alkalmazzák [3 377 176 sz. amerikai egyesült államokbeli és az 1 072 536 sz. nagy-britanniai szabadalmi leírások], de a zsugorítási hőmérsékletet így sem lehet 1700°C alá csökkenteni. Ugyancsak magas, 1750°C körüli zsugorításokról számol be Abraham [Cercl. Metal. Inst. Vol. 20. Bukarest, 1979], aki 0,1—0,3 2 2 tömegszázalékban vitt be alumínium-oxidhoz magnézium-oxidot, titán-dioxidot, nikkel-oxidot, továbbá a mangán-dioxiddal együtt titán-dioxidot, s csak ez utóbbi kettős rendszernél tudott jelentősebb hőmérséklet-csökkenést elérni, viszont a termék keménysége is csökkent, a kristályok mérete pedig jelentősen megnőtt. Kedvezőbbnek bizonyulnak az összetett rendszerek, mint például az ittrium-oxiddal stabilizált cirkonium-oxid adagolása [J.Amer. Ceram.Soc., 67, (3), (1984), p. 164], vagy a 163 704 lsz. magyar szabadalmi leírásban szereplő 13Be0.7Y203 képletű binér rendszer. Ezek előállítása azonban körülményes, ugyanakkor a zsugorítási hőmérséklet alig csökkenthető 1700°C alá. Természetesen szilikátokkal lehet alacsonyabb hőmérsékleteken zsugorítani, azonban — ugyanúgy mint sok idegen fém-oxid bevitelével — az alumínium-oxid kerámia sajátosságai eltolódnak az adalék sajátosságai felé, s nélkülözik a tisz ta korundokra jellemző kiváló paramétereket. így például 30 töniegszázalék titán-karbid bevitelével [Amer.Ceram.Bull., 62 (12), (1983) p. 1384] és meleg izosztatikus sajtolással jó minőségű vágókések készíthetők alumínium-oxidból, de a költséges berendezés és annak védőgázas üzemeltetése jelentősen növeli a termék árát. Gazdaságosabb eljárást ismertet a 4 357 427 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás, azonban az izosztatikus sajtoló beszerzésé előfeltétele az eljárás kivitelezésének. Ugyancsak három dimenzióban nyomóprés és különleges ún. reaktív alumínium-oxid (Reinolds RC— HP) együttes használatával és kétszeri, 1510°C hőmérsékletű szinterelésével készített D.Hallcomb [Amer.Ceram.Bull., 61 (12), (1982) pl311 ] esz.tergavágókéseket. összefoglalva megállapítható, hogy jó minőségű alumínium-oxid kerámiákat csak speciális adalékokkal, magas hőmérsékletű zsugorítással és/vagy különleges alapanyagból költséges beruházást. igénylő berendezésekkel lehet előállítani. A találmány célja egyszerűen kivitelezhető és gazdaságos eljárás biztosítása fokozott kopásállóságú alumínium-oxid kerámiák előállítására. Azt találtuk, hogy a fenti célt elérjük, ha 97—99,5 tömeg% alumínium-oxidhoz 0,1—2,0 tömeg% mennyiségű, 38,5—71,5 tömeg% kalcium-fluoridból és 28,5—61,5 tömeg% magnézium-fluoridból hőkezeléssel készített eutektikus szinter-adalékot, 0,2—I tömeg% szemcseméret-növekedést gátló szert és 0—1,9 tömeg% adalékanyagot adunk, a komponenseket összeőröljük, önmagában ismert módon formázzuk, majd legalább 1200°C-on, előnyösen 1450—1600°C-on zsugorítjuk, és a kapott kerámiát kívánt esetben utólagos megmunkálásnak és/vagy védőtokozásnak vetjük alá. A találmány alapja az a felismerés, hogy a kalcium-fluoridnak a magnézium-fluorid-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
