203710. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű kerámia test előállítására
1 HU 203 710 B 2 nyeként polikristályos kerámia-fém szerkezet alakult ki, amely a fém alapanyag és a bórforrás reakciótermékét, továbbá a fém alapanyagot, illetve annak egy vagy több oxidálatlan fázisát tartalmazta, illetve annak további összetevőit is hordozta. Ha a bórforrás olyan fém boridja, amelyet a reakció feltételei között a fém alapanyag képes redukálni, az összetett szerkezetű test fémes fázisában a kiindulási fém-borid redukált fémes összetevői is jelen vannak. Az összetett szerkezetű kerámia testben pórusok vagy nagyobb üreges részek is kialakulhatnák. A folyamat feltételei között a bórforrás általában szilárd halmazállapotú, célszerűéi finom szemcsékből vagy púderszerű porból áll, de adott esetben lehetséges olyan bórforrások alkalmazása is, amelyek a kerámia anyagot eredményező reakció hőmérsékletén megolvadnak. Ez különösen a nagy olvadáspontú fémek esetére vonatkozik. Ha ez kívánatos, a bórforrás tömege lényegében lehet impermeábilis (nem áteresztő), de a létrejövő reakciótermék móltömege ilyenkor kisebb, mint a bórforrásé, hogy a megolvadt fém a reakcióterméken képes legyen áthatolni és kapcsolatba kerülni a bórforrással. A reakció lefolytatásának környezetét, illetve az ehhez szükséges atmoszférái úgy kell megválasztani, hogy az lényegében semleges legyen vagy legalábbis ne lépjen reakcióba a folyamatban résztvevő anyagokkal. A tapasztalat az argon, illetve a vákuum alkalmazását mutatta a legelőnyösebbnek. Amikor a bóit elemi alakjában alkalmazzuk, célszerűen porított formában visszük reakcióba a fém alapanyaggal, például alumíniummal és így olyan összetett szerkezetű kerámia test jön létre a vém alapanyag boridjából és a fém alapanyagból, tehát az adott esetben alumínium-boridból és alumíniumból, amely a fém alapanyag további összetevőit is tartalmazza, általában fémes formában. A fém alapanyagot egyébként olyan fém-boriddal is reakcióba vihetjük, amelyet az adott hőmérsékleten az redukálni képes és így ez a fém-borid bór forrásként szerepel a fém alapanyag boridját és a fém alapanyagot tartalmazó összetett szerkezetű kerámia test létrehozásakor. Ilyenkor a fémes fázisban jelen vannak a fém alapanyagnak a reakcióban részt nem vett összetevői, továbbá a kiinulási anyagként felhasznált fémborid redukált összetevői, valamint létrejöhetnek olyen intermetallikus vegyületek, amelyek a keverékben megjelenő különböző fémek reakciójaként keletkeznek. így a fém alapanyag és az általa a kiindulási fém-boriddal felszabadított fémek közötti intermetallikus vegyületek általában a kerámia test alkotórészei. Ha például fém alapanyagként titánt választunk, a bórforrás pedig alumíniumborid, a fémes fázisban a titánon és az alumíniumon, továbbá az esetlegesen jelen levő és a titánt ötvöző fémeken kívül egy vagy több alumínium/titán intermetallikus vegyület is megjelenik. Nyilvánvaló, hogy az esetek többségében nem minden lehetséges intermetallikus vegyület alakul ki. A folyamatban titán-borid is keletkezik. A találmány szerinti eljárást a továbbiakban mindenekelőtt olyan foganatosítási módok kapcsán ismertetjük, amelyekben a fém alapanyag alumínium, míg a bórt elemi bórként adagoljuk. Ez az ismertetés azonban nem jelent korlátozást, csak a lehetőségek bemutatását szolgálja. A reakció lefolytatására alkalmasnak bizonyultak további fémek is, mint szilícium, titán, cirkónium, hafnium, lan tán, vas, kalcium, vanádium, nióbium, magnézium és berrilium, amelyek közül néhányra a továbbiakban még visszatérünk. Olyan fém-boridokat is lehet korlátozás nélkül alkalmazni, amelyeket a találmány szerinti eljárás foganatosításának feltételei között redukálni lehet. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során általában 16 hőálló edényben 10 fém alapanyagot ágyazunk be 12 elemi bórba. A 10 fém alapanyag például öntvény, lemezes, rúdszerű vagy hasonló alakú alumínium. Ez legalább részben beágyazódik a 12 elemi bórba, amelyet általában 0.1...100 pm szemcsézettségű anyagként alkalmazunk. A 12 elemi bór körül semleges anyagból készült 14 ágy van, amelynek anyagát úgy választjuk, hogy azt a 16 hőálló edénybe bevitt 10 fém alapanyag a reakció feltételei között ne nedvesítse, azzal reakcióba ne lépjen. A 10 fém alapanyag 18 felső szintje a környezetbe kiállhat, de az is megfelelő megoldás, ha a fém alapanyagot teljes mértékben beágyazzuk a 12 elemi bórba, amikoris a 14 ágy felső rétegének nem kell a 12 elemi bórt lefednie. A 16 hőálló edényt ezt követően kemencébe helyezzük, a kemence hőmrésékletét fokozatosan megemeljük és benne célszerűen semleges atmoszférát vagy vákuumot tartunk fenn, ahol semleges atmoszférát például argonból hozunk létre. A kemence belső terében a hőmérsékletet a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de célszerűen az előállítani kívánt fém-borid olvadáspontja alatti hőmérsékletre emeljük, amivel a fém alapanyagból olvasztott testet hozunk létre. Nyilvánvaló, hogy a hőmérsékletet nem célszerű az említett értéktartomány fölé emelni. Az alkalmazott hőmérséklet azonban számos tényezőtől függően választható meg. Az egyik tényező a fém alapanyag összetétele és az alkalmazott bórforrás jellemzői. A megolvadt fém alapanyag kapcsolatba lép a bórforrással a reakció eredményeként a fém alapanyag boridja keletkezik. A megolvadt fém alapanyag a bórforrással folyamatosan érintkezik, mégpedig oly módon, hogy az olvasztott testből fokozatosan átvándorol a reakcióterméken keresztül a bór tartalmú anyaghoz és ezzel a megolvadt fém és a bórforrás közötti határfelületen a reakciótermék folyamatosan növekszik. Az ezzel az eljárással létrehozott kerámia-fém összetett szerkezetű test a fém alapanyag és a bórforrás közötti reakció termékét (vagyis bórt és/vagy egy vagy több redukálható fémboridot), továbbá a fém alapanyag egy vagy több nem oxidált összetevőjét tartalmazza, benne üregek vagy pórusok lehetnek jelen, de tartalmazhatja magát a fémet is, továbbá a redukálható fém-borid fém anyagának és az egyéb jelenlevő fémeknek intermetallikus vegyületeit. A bórforrás tömegének legjelentősebb része a fém alapanyag boridjává alakul, ez általában a bór tömegének legalább 50 tömeg%-a, célszerűen azonban a 90 tömeg%-os határt is túllépi. A bómak ez 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 5
