198432. lajstromszámú szabadalom • Eljárás összetett szerkezetű önhordó kerámia termék előállítására, valamint összetett szerkezetű önhordó kerámia termék
1 2 üres tér marad, amivel üreges szemcsés szerkezet jön létre, az oxid szemcséi a tűzálló anyag szemcséitől elválnak. A tűzálló anyag lehet semleges vagy a reakcióban résztvevő anyag. Semleges tűzálló anyag esetében mennyisége legalább ötszöröse a fémes összetevő mennyiségének, míg ha a reakcióban résztvesz, akkor a fémes anyag mennyiségét legalább hétszeresen túllépő mennyiségben van jelen. A tűzálló anyagnak ez a jelentős feleslege azért szükséges, hogy az oxidálódó részecskék összetömörödését minimálissá tegyék, vagyis elkerüljék azt, hogy olyan folyamatosan kötött szerkezet alakuljon ki, amiből a kívánt tulajdonságú alumínium-trioxid részecskék csak nehezen nyerhetők vissza. Éppen a szerkezet lazaságának biztosítására a keveréket gyakorlatilag tömörítés nélkül égetik ki, mivel így a tűzálló anyag gyakorlatilag nem képes a részecskéket megkötni, míg az oxidálószer könnyen eljuthat a keveréken levő alumíniumhoz. Ezzel a szabadalommal általában 60, esetleg 70 tE/'-ban porózus szerkezetek hozhatók létre. Az ismertté vált eljárásokban komoly erőfeszítéseket tettek annak érdekében, hogy olyan kerámia termékeket állítsanak elő, amelyek gyártása során fém alapanyag oxidálását a kerámia termék kialakulása alatt biztosítják. A törekvések ellenére az így kapott termékek strukturális integritása általában nem elegendő ahhoz, hogy nagy tömegű gyártást tegyenek lehetővé. Így például fóliaszerű elrendezésben alkalmazva előállítható ugyan alumíniumból kettősfalú kerámia struktúra, de az így kapott termék összetett szerkezetben nem használható fel, mivel szilárdsága, különösen nyomó és/vagy hajlító szilárdsága nem megfelelő. Az előállítási technológiák közül a legtöbb munkaigényes, egy adott mintát vagy hasonló kiindulási elemet többször be kell vonni és a lépések között szárításra van szükség. A porszerű anyagoknak gyártás közbeni oxidálását felhasználó ismertté vált eljárások hiányossága, hogy az így kialakult kerámia testek kopásállósága, lepusztíthatósága rossz. A termékeket olyan viszonylag nagy mértékű porozitás jellemzi, aminek következményeként szerkezeti szilárdságuk gyenge, kopásállóságuk nem megfelelő, vagyis az így kialakított termékek gyakorlati alkalmazhatósága korlátos. 1 A minták oxidálsáára való törekvés és az a próbálkozás, hogy így állítsanak elő kerámia struktúrákat, az ismert technológiák szerint sikertelen maradt. A kapott struktúrák felépítésük miatt gyengék. A kiváló mechanikai jellemzőket mutató struktúrák előállítására a kerámia anyagok esetében ennek megfelelően csak a korábbról is ismert eljárások szolgálnak, amelyek lényege a megnövelt hőmérsékletek és nyomások bevetése annak érdekében, hogy az összetevőket szintereljék és belőlük nagy sűrűségű struktúrákat hozzanak létre. Ezek a eljárások azonban igen költségesek. Megállapítható tehát, hogy lényegében nem ismeretesek olyan hatékony eljárások, amelyek alapján széles körben használható kerámia termékek lennének létrehozhatók. A találmány feladata olyan ^eljárás kidolgozása, amellyel összetett szerkezetű, különböző szerkezeti alkalmazásokra alkalmas önhordó kerámia termék állítható elő. Az előállítás viszonylag gyors, nagy termelékenységű módszerét kell kidolgozni. -A találmány alapja az a felismerés, hogy önhordó szerkezetű kerámia testek jól kialakíthatók fém alapanyag oxidációs reakciótermékeként abban az esetben, ha a fém alapanyagot megfelelő, általában gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerrel hozzuk kapcsolatba, ezzel belőle, mégpedig megolvadt állapotában, oxidációs reakcióterméket hozunk létre, amelyet a megolvadt tömagéből az oxidációs reakciótermék rétegén keresztül az oxidálószerhez. Ezzel az eljárással folyamatosan növekvő vastagságú polikristályos szerkezetű kerámia test hozható létre, amelyben szükség esetén viszonylag nagy mennyiségű fémes összetevő van. A folyamatot elő lehet segíteni megfelelő dópolóanyag segítségével, amellyel a fém alapanyagot ötvözzük. Felismerésünk szerint erre a célra különösen alkalmas az alumínium, amelyet levegőben jól lehet oxidálni. A fém alapanyag felületére felvitt külső dópoló anyag tovább javíthatja a reakció feltételeit. Ugyancsak a felismeréshez tartozik az tény, hogy az előbbiekben említett oxidációs reakció közege célszerűen olyan, a fém alapanyagot befogadó ágy, amely a fém alapanyaggal átjárható töltőanyagot tartalmaz, hiszen ilyenkor a töltőanyag a kialakuló kerámia test mátrixával átfogható. Ugyancsak felismerésünkhöz tartozik az, hogy semleges kémhatású légkörben fém-boridok és célszerűen fémet, valamint töltőanyagot tartalmazó kerámia szerkezetek hozhatók létre, amikoris a fém alapanyagot bór tartalmú anyaggal hozzuk kapcsolatba és ezt az anyagot szükség szerint semleges hatású töltőanyaggal keverjük ki. Megnövelt hőmérsékleten a fém alapanyag a búrral reakcióba lép és így boridja jön létre. A folyamat feltételeit úgy lehet beállítani, hogy a kerámia és a fémes fázisok aránya a kapott végtermékben a kívánt határok között legyen. A felismerésünk lényege tehát, hogy összetett szerkezetű, egy vagy több, általában három dimenzióban az oxidációs kerámia test hozható létre, amelyben egy vagy több fémes összetevő is jelen van, ha az oxidációs reakciót a felismerésünk szerinti feltételek között folytatjuk le. A fémes fázisban az ilyen kerámia anyagoknál általában a fém alapanyag nem oxidált összetevői is jelen vannak, benne megjelenhetnek az oxidálószerbőt vagy a töltőanyagból származó redukált fémek és a fém mennyisége az oxidációs reakciótermék előállításának hőmérsékletétől, az oxidációs reakció lefolytatásának idejétől, a fém alapanyag mennyiségétől, a dópoló anyagok jelenlététől és minőségétől, az oxidáló szerek jelenlététől és minőségétől, a töltőanyagtól és más tényezőktől függ. A kitűzött feladat megoldására olyan összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket dolgoztunk ki, amelynek porózus magja és ezt körbevevő vagy ezen megtámasztott viszonylag sűrű külső, legalább egy felületét borító rétege van, aminek révén a kerámia struktúra a kívánt jellemzőket mutatja, vagyis kopásállósága, termikus jellemzői az ismertekhez képest javulnak. A találmány szerint előállított kerámia termékek ennek megfelelően alkalmassá válnak szerkezeti elemként való felhasználásra, mivel a viszonylag sűrű külső réteg képes a terheléseket elviselni. Egy előnyös kiviteli alakban a találmány szerinti összetett szerkezetű önhordó kerámia termék porózus magját olyan viszonylag sűrű, kopásálló, nagy szilárdságú külső réteg veszi körül, amely a kerámia termék falának vastagságát tekintve 5.,.15%-ot teszi ki. Ugyancsak a kitűzött feladat megoldására eprást 198.432 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
