193593. lajstromszámú szabadalom • Eljárás fokozott kopásállóságú alumínium-oxid kerámiák előállítására
193593 dal képzett különböző összetételű eutektikumai önállóan vagy más adalékanyagok jelenlétében 980—1150°C hőmérséklettől kezdve fokozatosan elősegítik az alumínium-oxid kristályszemcsék újrakristályosodását, tömörödését, ami végül is az 1450—1600°C 3 közötti hőmérséklet-tartományban válik véglegessé. A kalcium-fluorid magnézium-fluoriddal 5 alkotott különböző összetételű eutektikumainak az adatait az 1. táblázat tartalmazza. 4 1. táblázat CaF2-MgF2 eutektikus rendszer Közelítő képlet CaF 2• 2MgF 2 CaF2' MgF2 2CaF2-MgF2 Mól 33,3+66,6 50+50 66,6+33,3 Tömeg % Olvadás-38,5+61,5 55,6+44,4 71,4+28,5 pont,°C 1070 980 1150 A találmány szerinti eutektikus szinteradalék hatása leegyszerűsítve abban áll, hogy az alumínium-oxiddal reakcióba lépnek úgy, hogy hőhatásra az alumínium-oxid kristályok határfelületében szilárd oldatot képezve oldódnak. Az ilyen módon aktivált alumínium-oxid kristályok — mivel szorosan érintkeznek — további hőmennyiség hatására könnyen egymásba oldódnak, miközben a kristályszemcsék megnőnek, a kristályközi pórusok bezáródnak,és ennek folytán a rendszer folyamatosan zsugorodik. A zsugorodás folyamata — szemben a magas olvadáspontú fém oxidokat alkalmazó, ismert eljárásoknál fennálló helyzettel — a találmány szerinti eljárásnál fokozatosan és folyamatosan megy végbe 980°C-tól mintegy 1600°C hőmérsékletig. A találmány szerinti összetételű fluorid rendszer ugyanis nem egyidőben, hanem az emelkedő hőmérséklettől függő állapotváltozásai függvényében vesz részt a reakcióban. Azaz, a zsugorodás már alacsony hőmérsékleteken (kis hőtágulás!) megkezdődik, folyamatosan tart és végül viszonylag alacsonyabb felső hőmérsékleteken fejeződik be. A fő folyamat mellett egyéb reakciók is végbemennek, amelyek közül például azt emelhetjük ki, hogy a hőmérséklet növekedésének hatására a magnézium-fluorid komponens lehidratált része magnézium-oxiddá alakul, melynek mintegy 10 mól%-a oldódik a magnézium-fluoridban, ugyanakkor fluor távozik a rendszerből. A zsugorítás szempontjából mindkét mechanizmus előnyös, mert a magnézium-oxid esetleg magasabb hőmérsékletű zsugorításkor vagy az idomtest későbbi felhasználásánál (például a plazmatechnikában) gátolja a durva szemcsék kialakulását. A minimális mennyiségű naszcensz fluor pedig — a halogénekre jellemző módon — már 1000°C hőmérséklet alatt elősegíti a stabilis alfa-korund kialakulását. A találmány szerinti eljárásnál az eutektikus szinteradalék stabilan beépül az alumínium-oxid kerámiába, egyrészt mivel az alkotók forráspontja 2250°C hőmérséklet felett van, főleg azért, mivel szilárd oldatot 26 képez az alumínium-oxiddal. Tekintettel arra, hogy az eutektikus szinteradalék az alkalmazott hőmérséklet függvényében erősen növeli a kristályméreteket, ennek finomítása érdekében célszerű szem- 3(i cseméret-növekedést gátló szert is használni. Az e célra ismert anyagok közül az alacsonyabb hőmérsékleteken is ható magnézium-spinellt (MgAI204) vagy a nikkel-oxidot (NiO) találtuk a legmegfelelőbbnek 0,2—I tö- 35 meg%-nyi mennyiségben. A találmány szerinti eutektikus szinteradalék hatására jelentősen megnő az alumínium-oxid kerámiák kapásállósága (amit egyszerűen őrlőgolyók korund-por 100 órás 40 őrlése utáni visszamérésével, továbbá különböző iszapszivattyúk üzemórájának összehasonlításával állapítottunk meg). Az alumínium-oxid kerámiák kopásálló- 45 ságát és jelentős mértékig a hőlökésá 1 lóságát, azaz az élettartamát tovább fokozhatjuk olyan adalékanyagok bevitelével, amelyek egyébként az alumínium-oxiddal nehezen, vagy csak magasabb hőmérsékleteken lép- 50 nek kémiai reakcióba. Ezeket az adalékanyagokat általában 0—1,9 tömeg% mennyiségben alkalmazzuk. így például célszerűen 0,2—1,5 tömeg% -bari használunk króm-oxidot (Cr203), ameiy szilárd oldatot képezve 55 az alumínium-oxiddal, tovább növeli a kopásállóságát, és növeli a hőlökésállóságát; cérium-oxidot (Ce02), amely önmagában is jó kopásálló (csiszoló) anyag, s az alumínium-oxid kristályrácsába beépítve szintén növeli, 6o — elsősorban a nedves közegű — kopásállóságot, ütésállóságot; cirkónium-szilikátot (ZrSi04), amely az alumínium-oxid szinterelés alatti zsugorodását csökkenti, s így nagyobb méretű, nagyobb falvastagságú idomtestek is készíthetők az elrepedezés veszélye 65 nélkül, ezenkívül megkönnyíti az idomtest 3
