198430. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú alakos munkadarab előállítására és önhordó szerkezetű kerámia anyagú alakos munkadarab
1 198 430 2 vegő, de előnyös a halogénelemek, kén, foszfor, arzén, szén, bőr, szelén, tellúr, metán, etán, propán, acetilén, etilén, propilén, H2/H20, illetve C0/C02 keverék alkalmazása. Az oxidativ reakció feltételei kedvezően befolyásolhatók oly módon, hogy az előminta térfogatának legalább egy részében az oxidativ reakció feltételei között folyékony vagy szilárd halmazállapotú oxidáló összetevőt viszünk be az előminta anyagába, a megolvasztott fém alapanyagot ezzel a kiegészítő oxidáló összetevővel, például szilícium-dioxiddal, borral vagy redukálható bór-vegyülettel oxidativ reakcióba visszük és ezzel a fém alapanyag és a kiegészítő oxidálószer közötti reakció termékét is tartalmazó polikristályos szerkezetű anyagot állítunk elő. Az előmintát célszerűen szemcsés, porszerű anyagból hozzuk létre, de ezek mellett más alakú termékek is használhatók. Az előminta anyaga általában alumínium, cérium, hafnium, lantán, neodímium, prazeodímium, szamárium, szkandium, tórium, urán, ittrium és cirkónium, ezek egy vagy több oxidja, karbidja, nitride, esetleg vasötvözet, például vas—króm—alumínium ötvözet. Az előminta anyagába célszerű lehet az oxidativ reakció feltételei között anyagi integritását legalább korlátos ideig megőrző bevonattal ellátott karbonszálat keverni. Az oxidativ reakció befolyásolása szempontjából célszerű, ha az előminta térfogatán belül ehhez a reakcióhoz kedvezőbb kinetikai feltételeket teremtünk, mint az előminta határfelületén kívül, amivel az oxidativ reakciót az előminta határfelületének elérésekor lefékezzük. Az oxidativ reakció lefolyását célszerűen lehet a dópoló anyagok bevitelével szabályozni. Ennek lehetőségei sokrétűek, így a dópoló anyag ötvözetként adagolható a fém alapanyagba, rétegként elhelyezhető az előminta szerkezetében és/vagy a dópoló anyag felületén, vele az előminta anyaga szintén kikeverhető. Általában két vagy több dópoló anyagot használunk, amelyeket fémes formában vagy fém felszabadítására alkalmas vegyületként viszünk be. A fémek között van a magnézium, cink, szilícium, germánium, ón, ólom, bór, nátrium, lítium, kalcium, ittrium, lantán, cérium, prazeodímium, neodímium vagy szamárium, de ugyanúgy a nemfémes elemek közül is használhatók egyesek, például a foszfor. Ugyancsak a kitűzött cél elérésére dolgoztunk ki önhordó szerkezetű kerámia anyagú alakos munkadarabot, amely oxidativ reakció eredményeként fém alapanyagból létrejött polikristályos szerkezetű kerámia anyagból van kialakítva, ahol a találmány szerint a kerámia anyag legalább egy meghatározott, a munkadarab alakjának megfelelő mintafelülettel létrehozott előminta infiltrációjával van kiképezve, a kerámia mátrix előnyösen aluminium, mint fém alapanyag és célszerűen levegő, esetleg más oxigéntartalmú gáz mint oxidálószer között a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de a fém alapanyag és az oxidálószer közötti oxidativ reakcióban kialakuló oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten végrehajtott oxidativ reakcióban keletkezet: polikristályos anyagból és az oxidálószer jelenlétében lezajló oxidativ reakcióból kimaradt egy vagy több fémes összetevőből és/vagy üres terekből áll, míg a polikristályos szerkezetet egymással kapcsolódó krisztallitok alkotják. A fémes öszszetevők részaránya általában a kerámia mátrixhoz viszonyítva 1 ...40 tf%. Igen előnyös megoldás, amikor a kerámia anyag felületén a fém alapanyaghoz adagolt dópoló anyag jelenléte miatt keletkezett spinellt tartalmazó iniciálé felület van. A legelőnyösebb eredményeket az biztosítja, ha az előminta kerámia mátrixszal átjárt szerkezet szilíciumdioxidból, szilícium-karbidból vagy alumínium-trioxidból, illetve ezek valamilyen keverékéből áll. A találmány szerinti eljárással előállított anyagot az jellemzi, hogy benne az tinyag eloszlása egyenletes, a tulajdonságok homogén paramétereloszlást mutatnak, míg az anyag olyan vastagságig növeszthető, amit a hagyományos technológiákkal aligha lehet biztosítani. Az eljárás foganatosításával járó költségek viszonylag alacsonyak, hiszen elkerülhetők a hagyományos kerámiagyártási műveletek költséges lépései, mint a finomszemcsés, nagy tisztaságú, egyenletes szemcsézettségű porok előállítása, a kiindulási test gondos formázása, a kötőanyag kiégetése, a szintereléses, nyomást alkalmazó vagy nyomás nélküli tömörítés. A találmány szerinti eljárás segítségével előállított termékek, illetve a javasolt felépítésű kerámia anyagú munkadarabok igen széles körben alkalmazhatók az iparban, a mindennapi életben és általában műszaki célokra mindazokon a helyeken, ahol a kívánt elektromos, szilárdsági, termikus, strukturális vagy más jellemzők biztosíthatók. A találmány szerinti eljárásnak általában nem célja olyan hulladékanyagok felhasználása, amelyek fém alapanyagok megolvasztásával járó folyamatokban keletkeznek. A találmány szerinti eljárás további ismertetése során, illetve az igénypontokban alkalmazott fogalmak értelmezése a következő: A ,.kerámia test” vagy .kerámia anyag” fogalma a jelen találmány értelmezésében egyáltalában nem korlátozható a klasszikus értelemben vett kerámia anyagokra, amelyek lényegében teljes térfogatukban nemfémes és más szervetlen összetevőkből állnak. A találmány szerint előállított és alkalmazott kerámia anyag, illetve test olyan szerkezetű, hogy legfontosabb, domináns jellemzőit és/vagy összetételét tekintve lényegében a kerámia testre emlékeztet, de kisebb vagy akár nagyobb mennyiségekben, különálló szigetekben vagy járatokban tartalmazhat egy vagy több fémes összetevőt, valamint öszszekötött járatokat vagy egymástól elválasztott üregeket alkotó porozitást. A fém összetevők megjelenése, illetve a porozitás kialakulása a fém alapanyag, oxidálószer^ esetleg dópoló anyag jelenlétének, esetleges beadagolásának következménye; a térfogatban részarányuk 1... 40 tf%, de lehet nagyobb is. Az „oxidációs reakciótermék” fogalma a találmány értelmében fém(ek) egy vagy több oxidálószerrel való érintkeztetésének eredményét jelöli, ahol a fémet más 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
