198430. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú alakos munkadarab előállítására és önhordó szerkezetű kerámia anyagú alakos munkadarab
1 198 430 képes lenne, ha nem alakulna ki rajta a szilícium-dioxidnak olyan rétege, amely az oxidációs folyamatot lelassítja, esetleg megállítja. A szilicium-dioxidból álló védőréteg hatására a szilícium-karbid részecskék szinterelődnek, egymással összekapcsolódhatnak, és ugyancsak kap- 5 csolódni tudnak az előminta létrehozásához felhasznált esetleges további anyagok részecskéivel. Az előminta kialakításában jól használható anyagok harmadik osztályát azok alkolják, amelyek termodinamikai vagy kinetikai okoknál fogva nem lennének képesek a találmány szerinti eljárás foganatosításakor alkalmazott oxidativ reakció feltételeit, illetve a megolvasztott fémmel való érintkezést túlélni. Ezek az anyagok azonban módosíthatók úgy, hogy a találmány szerinti ig eljárás foganatosítása során anyagi minőségüket megőrzik. Az előminta ilyen jellegű anyagát a találmány szerinti eljárás feltételeinek megfelelővé lehet tenni, ha (1) a környezet-oxidativ hatását le csökkentjük, például oxidálószerként H2/H20 vagy C0/C02 keverékeket 20 használunk, vagy (2) az előminta létrehozásához alkalmazott anyagot olyan bevonattal látjuk el, amely a folyamat feltételei között ezt az anyagot kinetikailag reakcióképtelenné teszi. Ilyan alkalmas bevonóanyag 25 az alumínium-trioxid. így például karbonszál jól használható az előmintá létrehozására, ha a fém alapanyag alumínium. Ilyenkor a kaibonszálra aluminium-trioxid bevonatot viszünk fel. Ha az oxidativ reakciót levegővel vagy oxigénnel 1250 °C hőmérsékleten folytatjuk le 30 és a karbonszálakkal kialakított előmintát kívánjuk a kerámia mátrix infútrációjával az összetett szerkezetű munkadarab alapjává tenni, a karbonszál mind az alumíniummal, mind pedig az oxidáló környezettel képes ^ kapcsolatba lépni. Bevonat nélkül a reakció terméke 0 alumínium-karbid, illetve szén-dioxiddá oxidált szénmonoxid, esetleg szén-monoxid lehet. Ha a karbonszálat alumínium-trioxid bevonattal látjuk el, akkor erős oxigéntartalmú oxidálószer alkalmazása mellett is 40 reakciója mind az alumínium fém alapanyaggal, mind pedig az oxidálószerrel elkerülhető. Ebben az esetben az oxidativ reakcióban COfC02 keveréket használva a reakció intenzitása csökkenthető, hiszen ez a keverék a kaibónszálat alig károsítja, míg az alumínium oxidálására jól használható. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során alkalmazott előminta kialakítható egyetlen testként is, de összeállítható több részelemből, amikor is komplex, 50 bonyolult alakú test nyerhető. A kísérletek bizonyították, hogy a polikristályos mátrix szerkezet növekedése szempontjából az előminta alkotóelemeinek szilárd összekapcsolása lényegtelen, ha az előmintát több egymáshoz viszonylag lazán illesztett alkotóelemből hozzuk létre, a kerámia anyag növekedése az érintkezési felületeken keresztül biztosított, ennek révén egységesen integrális szerkezetű kerámia tennék jön létre. Az előmintákból álló elrendezést ilyenkor úgy helyez- go zük el, hogy az oxidációs reakciótermék a fém alapanyagból kiindulva viszonylag egyenletesen haladhasson keresztül az előminták anyagán, az elrendezést fokozatosan átjárhassa és képes legyen elérni az előmintákból álló elrendezés határfelületét. Ez is mutatja, hogy egységes szerkezetű összetett felépítésű kerámia munkadarabok gyárthatók a találmány szerinti eljárás segítségével és ennek során olyan alakok biztosíthatók, amelyeket a hagyományos kerámiagyártási eljárások során nem lehet elérni. Ennek megfelelően itt és az igénypontokban, illetve az előzőekben is az előminta fogalmán nemcsak egyetlen testet kell érteni, hanem olyan alkotóelemekből összeállított testet is, amely végül is egymáshoz lazán kapcsolt, illesztett előminták együttesét képezik. Az ilyen több alkotóelemből összeállítható előminta egy lehetséges megoldására az 1. ábra mutat példát. Az itt látható elrendezésben tűzálló any agú 10 kádban semleges anyagból létrehozott 12 ágy van, amely fém alapanyag 14 testét fogadja be. Ennek felső szintjén 18 bemélyedéssel ellátott 16 alsó előminta, ilie've ez utóbbit fedő és 22 nyílással ellátott 20 felső előminta van. A 20 felső előminta 21 felső határfelületi rl a 12 ágyból kiáll, míg a 18 bemélyedés és a 22 nyílás egymáshoz illeszkedik. A 20 felső előminta tehát úgy kapcsolódik a 16 alsó elő mintához, hogy a 18 bemélyedés és a 22 nyílás körvonalai egymással kapcsolódnak közösen 24 kocka alakú belső nyílást határoznak meg. A 18 bemélyedés és a 22 nyílás felületeire adott esetben célszerű lehet gátló elem felvitele, vagyis például alafcástromgipsz réteg felhordása, amellyel az oxidációs reakciótermék növekedése korlátozható, elérhető, hogy a 24 kodra alakú belső nyílás felületei teljesen simák legyenek. A fentiekben bemutatott eljárást foganatosítva a fém alapanyag 14 testének amraga a 16 alsó előminta és a 20 felső előminta anyagát teljesen kitölti, égésén a 21 felső határfelületig, a 16 alsó előmintát és a 20 felső előmintát egymáshoz kapcsolja, közöttük azonb»« a 24 kocka alakú belső nyílás megmarad és megfelelő kialakítás esetén jól hozzáférhető . Ha az összetett szerkezetű kerámia anyagú munkadarabot az előminta eredeti alakját és méieteit pontosan megőrző módon kívánjuk előállítani, a kerámia mátrix növekedését az előminta meghatározott felületeinek eléréséig kell folytatni. A kerámia mátrix növekedés^ a határfelületen le lehet állítani, esetleg erőte|esen le lehet lassítani vagy szabályozni lehet, amihez a következő lehetőségek állnak rendelkezésre: (1) az előminta térfogatán belül, például szilárd és/vagy folyékony oxidáloszer bekeverésével, olyan feltételeket teremtünk, amikor is a kerámia anyag növekedése az előmintán belül sokkal intenzívebb, mint azon kívül; (2) a fém alapanyagnak egy pontosan mejghatározott mnnyiségét használjuk fel oly módon, hogy azzal a kívánt nagyságú polkristályos szerkezet jöjjön létre, vagyis a fém alapanyag mennyiségének megválasztásakor az oxidációs reak dótermék kívánt térfogatát vesszük figyefentoe; (3) az oxidálószer mennyiségét szabályozzuk és szükség szerűt korlátozzuk; (4) az előminta felületére olyan gátló anyagot viszünk fel, amely az oxidativ reakció feltételeit lokálisan jelentősen megváltoztatja, például amely a fém alapanyaggal nem nedvesíthető (ilyen anyag pl. az alabástromgipsz); (fi) a reakcióhoz szükséges oxidálószert egy adott időpontban eltávolítjuk és/vagy a hőmérsékletet az előzőekben meghatározott és zu oxidativ reakdóhoz szükséges tartományon kívül9
