198429. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú alakos munkadarab előállítására
1 198 429 2 A találmány tárgya eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú, alakos munkadarab előállítására, amikor is fém alapanyagot - és esetenként gázképző segédanyagot - elektronleadást vagy elektronmegosztást előidéző oxidálószerrel — melynek a reakcióhőmérsékletén gáz halmaz- 5 állapotú komponense is van — oxidativ reakcióba viszszük és az oxidativ reakció eredményeként kapott anyag alapján a munkadarab felületét meghatározó felülettel határolt térben polikristályos szerkezetű kerámia anyagot alakítunk ki. A találmány szerinti eljárás segítségével1® felületet, határréteget, körvonalat vagy hasonlót meghatározó alakzat igen pontosan adható visssza. Az elmúlt évek folyamán egyre növekvő érdeklődés mutatkozik a kerámia anyagok mindazon alkalmazásai 15 iránt, amelyek túllépik a hagyományos kereteket, amelyek a hagyományosan fémmel megoldott feladatok kerámia anyagokkal történő megoldását jelentik. Az érdeklődés folyamatos növekedését annak kell betudni, hogy a kerámia anyagok tulajdonságai - korróziós ha-20 tásokkal szembeni ellenállás, keménység, rugalmassági modulus, tűzálló tulajdonságok — a fémeknél jobb jellemzőket mutatnak, míg maguk a fémek ilyen vonatkozásban tovább már nehezen vagy csak nagyon drága 2 5 anyagok felhasználásával javíthatók. A kerámia anyagok felhasználása előtt a legnagyobb perspektívák a belső égésű motoroknál, a hőcserélőknél, a fémmegmunkáláshoz alkalmazott vágószerszámoknál, az egymással csúszó, illetve gördülő kapcsolatban álló felületeknél, 30 szivattyúknál és a tengerészeti technikában nyílnak. A nagyobb szilárdságú, megbízhatóbb és kevésbé törékeny kerámia anyagok előállítására irányuló erőfeszítések aktuálisan a monolitikus szerkezetű kerámia ^ anyagok készítési eljárásainak javítását és/vagy az öszszetett szerkezetű, esetleg monolitikus összetevőket tartalmazó kerámia mátrixok kidolgozását célozzák. Az összetett struktúrák fogalmán olyan heterogén felépítésű anyagot értünk, amely a szükséges alakra hozva 40 két vagy több, egymással integrálisán kapcsolódó, fizikai módszerekkel szét nem választható összetevőből áll, amelyek mintegy egymásba vannak ágyazva. Ennek egyik megoldása az, hogy az egyik összetevőből mátrix jellegű szerkezetet alakítunk ki és ebbe a másik össze- * tevő részecskéit többé-kevésbé egyenletesen eloszlatjuk. A kerámia mátrixokra épülő összetett szerkezetű anyagok, testek, struktúrák olyan kerámia mátrixot tartalmaznak, amelybe beleágyazva különböző anyagok 50 lehetnek jelen, ahol az anyagok megjelenési formája például szemcse, szál, pálcika, lemezke és ehhez hasonló. A kerámia anyagok alkalmazását és különösen feliiasználásukat a fémek felváltásában több tényező korlátozza. Ezek között kell mindenekelőtt az alakhűséget és a komplex alak létrehozását említeni: ugyanaz az alak nehezen állítható elő nagy sorozatban, illetve nehézséget jelent a bonyolult alakzatok létrehozása. Ez különösen igaz akkor,ha az ismert technológiákkal magas go minőségi követelményeknek eleget tevő végtermékeket kívánunk további szerkezeti alkalmazásokra létrehozni. A találmány feladata a felmerült igényeknek eleget tevő kerámia anyagok és termékek előállítására szolgáló eljárás kidolgozása. Feladata olyan megoldás létrehozása, amellyel szükség szerint bonyolult felületi kialakítású termékek is készíthetők, az elkészült termékek pedig egy előre meghatározott alakot hűen és nagy pontossággal követnek. A találmány alapját többrétű felismerés jelenti. A felismerések egyike az, hogy önhordó szerkezetű, szükség szerinti sűrűségű kerámia test hozható létre fém alapanyag meghatározott feltételek között végrehajtott oxidálásával. Ennek lényege, hogy a fém alapanyagot, például alumíniumot megolvasztunk, oxidál őszénél kapcsolatba hozzuk a megolvasztott fém tömegét és ehhez gáz vagy gőz halmazállapotú oxidálószert választunk. A hőmérsékletet az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatti értéken tartva, szükség szerint változtatva, a fém alapanyag felületén szilárd oxidációs reakciótermék alakul ki, amelynek rétege alkalmas a fém alapanyag transzportjához szükséges feltételek biztosítására. A transzport azt jelenti, hogy a fém alapanyag részecskéi az oxidációs reakcióterméken keresztül az oxidálószer által kitöltött tér irányába mozdulnak el, az oxidálószerrel kapcsolatba lépnek és így az oxidációs reakciótermék rétege folyamatosan növekszik. Ezzel kerámia jellegű polikristályos test alakul ki. A folyamatot a felismerések szerint ötvövözött fémmel mint fém alapanyaggal lejátszatva, meg lehet gyorsítani. így a gazdaságilag legkedvezőbb eredmények alumínium esetében jelentkeztek, amelyet oxigén jelenlétében hatásosan lehet a felismerés szerinti eljárással oxidálni. Különösen előnyös, hogy az oxigént levegő formájában lehet a fémhez vezetni. Ilyen feltételek között az alumíniumból alumínium-trioxid anyagú polikristályos kerámia jellegű szerkezetek hozhatók létre és a folyamatot tovább lehet gyorsítani, ha dópoló anyagot a fém alapanyag felületén is használunk. Ugyancsak felismerésünkhöz tartozik, hogy az ismertetett újszerű kerámia előállítási eljárás során az oxidációs reakciótermék növekedése biztosítható oly módon, hogy az töltőanyagból készült permeábílis masszába hatoljon be, annak anyagát, részecskéit gyakorlatilag változatlan struktúrában a kerámia mátrixba építsük be. A töltőanyagba behatoló oxidációs reakciótermékből létrejövő összetett szerkezetű kerámia mátrix jellemzői igen kedvezőek, de problémát jelent, hogy továbbra sem jön létre a kívánt alakzat. Egy további lényeges felismerésünk az, hogy oxidációs reakciótermék növesztése a felismerés szerinti eljárásban végrehajtható permeábílis szerkezetű előminta infiltrációjával is. Ebben az esetben a fém alapanyag oxidációjával létrejövő oxidációs reakciótermék behatol az előmintába és azt fokozatosan kitölti. így előállíthatók például olyan összetett szerkezetű kerámia testek, amelyekben belső üreg van, vagy amelyek más szükség szerinti alakú előmintának megfelelő inverz alakzatot mutatnak. A felismeréseink szerinti eljárásokban a kerámia test előállítására és különösen olyan kerámia szerkezetű alakzatok létrehozására, amelyek egy adott mintának felelnek meg, viszonylag na$;y alakhűségűek, olyan eszközöket használunk, amelyek minimalizálják a kerámia mátrix túlnövését egy adott határfelületen, vagy ennek a 2
