198430. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú alakos munkadarab előállítására és önhordó szerkezetű kerámia anyagú alakos munkadarab
1 198 430 a dópoló anyagok különösen jól használható kombinációi a következők: (a) magnézium és szilícium vagy (b) cink és szüícium. Ezeknél a kombinációknál a magnéziumjavasolt koncentrációja kb. 0,1 t% és kb. 3 t% között van, a cinké a kb. 1 t% és a kb. 6 t% közötti tartományba esik, mig szilíciumra a kb. 1 t%-tól akb. 101%ig terjedő tartomány bizonyult hasznosnak. Az alumínium fém alapanyag tulajdonságainak szükség szerinti befolyásolását biztosító további dópoló anyagok példái a nátrium, lítium, kalcium, bőr, foszfor és ittrium, amelyek szintén felhasználhatók külön-külön vagy kombinációban egy vagy több dópoló anyaggal is, az oxidálószertől és a folyamat feltételeitől függően. A nátrium és lítium részaránya általában igen kicsi, az esetek többségében legfeljebb 0,1...0,2 ezrelék; ezek külön és együtt vagy más dópoló anyagokkal kombinálva használhatók. A ritkaföldfémek, mint például a cérium, lantán, prazeodímium, neodímium és szamárium különösen más dópoló anyagokhoz keverve szintén jó dópoló anyagok. Mint már említettük, a dópoló anyagok bevezetésének nem egyetlen módja a fém alapanyag ötvözése. A dópoló anyagot, akár egy vagy több fémes vagy nem fémes összetevőből áll, célszerű lehet vékony rétegben felvinni a fémalapanyag felületére vagy felületének egy részére. Ezzel ugyanis lokálisan lehet a fém alapanyagból keletkező kerámia test növekedését befolyásolni, a kerámia szerkezet poHkristályos összetevője a kijelölt felületeknél a többieknél erőtelesebben képes az előminta anyagába átnőni. A polikristályos szerkezetű kerámia anyag növekedési folyamatát tehát a dópoló anyag lokalizált elrendezésével is elő lehet segíteni, amikor az előminta kijelölt felületénél beépített dópoló anyag hatására az előmintában a kerámia, az anyag növekedése szabályozott módon zajlik. A dópoló anyagot tartalmazó bevonat vagy réteg általában viszonylag vékony, különösen, ha az elkészítendő kerámia termék méreteihez viszonyítjuk és ezért az oxidációs reakciótermék növekedése során hatásosan képes a dópoló anyag rétegén áthatolni, sokkal vastagabb lesz, mint amilyen mélységet a dópoló anyag rétege elfoglal. A dópoló anyag rétegét kialakíthatjuk festéssel, szórással, gőzölögtetéssel, szitanyomással vagy más olyan módszerrel, amely alkalmas a szükséges vastagságú réteg létrehozására. Különösen célszerű a szuszpenziók vagy paszták alkalmazása, de adott esetben a szilárd szemcsés dópoló anyag vagy vékony üvegszerű rétege, esetleg filmje az előminta felületével érintkezve is elhelyezhető. A dópoló anyagban lehetnek szerves vagy szervetlen kötőanyagok, vivőanyagok, oldószerek és/vagy egyéb szerkezeti anyagok. A fém alapanyag felületére felszórt, azzal jól kötődő bevonatot alkotó porszerű dópoló anyag szintén ismert megoldás vagy a porlasztásos felvitel is alkalmazható a felület egészére vagy csak egy részére. A folyékony szuszpenzió, amely vízzel és szükség szerinti szerves kötőanyaggal készült szórással vihető fel a fém alapanyag vagy az előminta felületére, belőle az oldó- és kötőszer nedves összetevőijének elpárologtatása után jól tapadó bevonat alakul ki, amely az előmintának és a fém alapanyagnak a megmunkálás előtti kezelését nem zavarja. A kívülről felvitt dópoló anyagok általában a felület egy részét borítják, a fém alapanyagon kialakított egysége; vastagságú réteg formájában. A tapasztalat szerint a dópoló anyag mennyisége igen széles értéktartományban változhat, pl. fém alapanyagként alumíniumot használva a kísérletek során nem sikerült olyan alsó vagy felső határt meghatározni, amely alatt, illetve fölött a dópoló anyag hatása nem lenne észlelhető. így pl. alumíniumot és magnéziumot tartalmazó fém alapanyag esetén, ha az oxidálószer levegő vagy oxigén, a szilíciuni-dioxid réteg alkalmas arra, hogy szilícium forrása legym. Az egyik mérés szerint a fém alapanyag minden grammjára viszonyított 0,00003 g szilícium, vagy ami ezzel egyenértékű, a fém alapanyag felületének minden négy zetcentiméterére felvitt 0,0001 g szilícium megfelelő dópoló hatást fejt ki. Ebben az esetben a dópoló anyagot a felület egészére vagy csak egy részére visszük fel es a felületi részarány a dópoló anyaggal bevont felületre vonatkozik. Egy másik kísérletben alumíniumot és szüíúumot tartalmazó fém alapanyagból oxigén vagy levegő mint oxidálószer jelenlétében alakítottunk ki kerámia struktúrát és azt találtuk, hogy a magnézium, mim dópoló anyag magnéziumoxid (MgO) formában már a fém alapanyag minden grammjára számított 0,0CO8 körüli mennyiségben, vagy ami ezzel egyenértékű, a magnézium-oxiddal bevont felület minden négy zetcentiméterére felvitt kb. 0,003 g magnézium a kívánt hatást kifejtette. Úgy tűnik, hogy a dópoló anyagok mennyiségének növelése egy bizonyos határig az öszszet ;tt szerkezetű kerámia test előállításához szüksége' reakció időtartamát csökkenti, de ez a hatás nem egyértelmű, függ a dópoló anyag minőségétől, a fém alapanyagtól és az oxidativ reakció feltételeitől. Ha a fém alapanyag alumínium, amelyet belülről magnéziummal dópolunk, míg oxidáló közegként levegőt vagy oxigént választunk, a melegítés során a kb. 820 °C és kb. 950 °C közötti hőhérséklet-tartományban a magnézium egy része oxidként kivált az ötvözetnek tekinthető fém alapanyagból. Ilyenkor a megolvasztott alumínium felszínén a magnéziumból mint dópoló öszszet5vől részben magnézium-oxidot és/vagy magnéziumaim únát-spinellt tartalmazó fázis alakul ki, amely a kerámia szerkezetű anyag növekedési folyamatában megőrzi eredeti helyét, azaz a fém alapanyagon mintegy „iniciáló felületet” képez. Ez végül is a kapott kerámia anyigú munkadarab felszíni oxid alakú rétegét képezi, így a magnéziummal dópoh rendszerek egy részében az idumínium-trioxid bázisú kerámia mátrix a munkadaiíb teljes térfogatát egy viszonylag kis résztől, a magnézium-aluminát-spinellből álló iniciáló felülettől eltekintve tölti ki. Ez a felület szükség esetén viszonylag könnyen eltávolítható, pl. csiszolással, ismert anyagmegmunkálási technikákkal, polírozással vagy homokfúvással. A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti fog; natosítási alakok kapcsán mutatjuk be még részletesebben, ahol a példák inkább a lehetőségekre kívánn 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
