203857. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű kerámia test előállítására fémalapanyag oxidálásával és önhordó szerkezetű kerámia test
1 HU 203 857 B 2 A találmány tárgya eljárás önhordó szerkezetű kerámia test. A találmány szerinti eljárás során fém alapanyagot gáz vagy gőz halmazállapotú oxidálószer jelenlétében felmelegítünk és megemelt hőmérsékleten olvasztott testet hozunk létre, amelyet az oxidálőszerrel érintkezésbe hozunk, ezzel oxidációs reakcióterméket állítunk elő, amelyet egyrészt az olvasztott testtel, másrészt a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerrel érintkezésben tartunk, a megemelt hőmérsékleten a megolvasztott fémet mozgásba hozzuk oxidációs reakciótermékén keresztül az oxidálószer irányában, az oxidálószenei az oxidációs reakciótermék felületén érintkezésbe hozzuk és ezzel az oxidációs reakciótermék vastagságát növeljük, majd a reakciót folytatjuk és ezzel oxidációs reakciótermékből és fémes összetevőből állí kerámia test fém alapanyag és gőz vagy gáz fázisú oxidálószer jelenlétében a fém alapanyag megolvasztásával és oxidálásával létrehozott polikristályos oxidációs terméket és a fém alapanyag oxidálatlan részecskéit tartalmazza Az elmúlt évek során egyre növekvő érdeklődés mutatkozik a kerámia anyagok felhasználása iránt olyan alkalmazási lehetőségekben, ahol hagyományosan mindeddig fémeket használtak. Az érdeklődés alapja az a tény, hogy a kerámia anyagok több tulajdonságukat tekintve, mint például korrózióállóság, keménység, rugalmassági modulus vagy hőállóság a fémekkel összehasonlítva igen kedvezőek. A nagyobb szilárdságú, megbízhatóságú, kevéssé rideg kerámia termékek előállításár airányuló erőfeszítések két irányban folynak. Az egyik a monolitikus szerkezetű kerámia anyagok előállítási módszereinek tökéletesítése, míg a másik új típusú anyagkompozíciók kidolgozása, amelyek alkalmasak összetett szerkezetű, mátrixra épülő kerámia termékek létrehozására. Az összetett szerkezetű, más szóval kompozit termékek heterogén anyageloszlású struktúrával jellemezhetők, ezek olyan testek, termékek vagy anyagok, amelyekben két vagy több összetevő szorosan összekapcsolódik, integrális egységben biztosítja a kívánt tulajdonságokat. Két különböző anyag ilyen belső kombinációja az, amikor az egyikből mátrixszerkezetet hozunk létre és a másikat ebben a mátrixszerkezetben eloszlatjuk. A mátrixszerkezetű kerámia kompozit termékek általában ezért olyan kerámia mátrixot tartalmaznak, amelyben egy vagy több különböző jellegű töltőanyag, például szálak, pálcikák, huzalok, szemcsés részek vannak eloszlatva. A kerámia anyagok azonban nem minden vonatkozásban képesek a fémeket helyettesíteni. Számos hátrányos vonás jellemzi előállításukat Különösen nagy gondot okoz, hogy bonyolult felületi kialakítású alakzatok esetében igen nagyok az előállítási költségek. A találmány feladata a bonyolult kialakítású kerámia termékek előállítására szolgáló eljárások jelentős leegyszerűsítése. Felismertük, hogy önhordó szerkezetű kerámia testek létrehozására fém alapanyag oxidációs reakciótermékének szabályozott növekedése használható. A fém alapanyagot megfelelő oxidálószerrel, általában gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerrel reakcióba visszük, ezzel a fém alapanyag határfelületén oxidréteget hozunk létre, és ez az oxidációs reakciótermék olyan feltételeket biztosít, hogy a fém alapanyag az oxidációs reakciótennék részecskéi között vándorol el eredeti helyéről. Az oxidációs reakciótermék felületére jutva a fém alapanyag oxidálódik és így folyamatosan polikristályos szerkezetű test alakul ki, amelyben a fémes összetevő is megmaradhat Megfelelő ötvözök és dópoló anyagok alkalmazásával a folyamat gyorsítható, így például alumínium fém alapanyag oxidálásánál, ha az oxidálást levegőben vagy oxigénben hajtjuk végre, a magnézium és a szilícium előnyösen befolyásolja az alfa-módosulatú alumínium-trioxidra épülő kerámia struktúrák létrejöttét. A dópoló anyag a fém alapanyag felületére is felvihető, hatását üy módon is képes kifejteni. Ha az oxidációs reakciót úgy hajtjuk végre, hogy a fém alapanyagot töltőanyag permeábilis tömegébe ágyazzuk, akkor a megolvadt fém az oxidációs reakció közben átnövi a töltőanyagot és azt is felölelő mátrixot hoz létre. Az így létrejövő összetett szerkezetű termék külső alakja azonban nem meghatározott. Az oxidációs reakció alapján lehetőség van azonban olyan összetett szerkezetű kerámia testek létrehozására is, amelyek külső alakja egy előre meghatározott geometriát vagy formál követ Ilyenkor a fém alapanyagot megfelelő előminta felületével hozzuk kapcsolatba és biztosítjuk, hogy az oxidációs reakciótermék az előminta felületének irányába fejlődjön ki. Az is a felismeréshez tartozik, hogy megfelelő gátló elem alkalmazásával, amely az oxidációs reakciótemék növekedésének irányában van elrendezve, lehetőség van az alakhűség további fokozására. Ilyenkor a kerámia anyag kiépülése a gátló elemig folytatódik, és az eljárás végrehajtható úgy is, hogy inverz módon reprodukálunk egy előre kialakított mintát, amivel belső üreggel, bonyolult belső felületi kialakítással jellemzett kerámia termékek is létrehozhatók. Ezek az eljárások a jelen találmány szerintivel egyidejűleg váltak ismertté és közös számukra, hogy a kerámia test fém alapanyag több (általában három) dimenzióban egymással összekapcsolódó részecskékből felépülő oxidációs reakcióterméket és egy vagy több fémes komponenst tartalmaz. A kerámia termékben a fém alapanyag oxidálatlan részecskéi és/vagy más az oxidálószerből, esetleg a töltőanyagból redukált fémek részecskéi által elfoglalt térfogat számos tényezőtől függ, különösen az oxidációs reakció hőmérsékletétől, időtartamától, a fém alapanyag összetételétől, az alkalmazott dópoló anyagtól, az oxidálószerből és/vagy a töltőanyagból származó redukált összetevők jelenlététől, stb. A fémes összetevők egy része zárványként vagy egymástól elszigetelt elemként van jelen, de az előállítás feltételeitől függően lehetséges, hogy a kerámia anyagban egymással nagyobb mértékben összefüggő és kívülről hozzáférhető vagy hozzáférhetővé tehető fémes felületek alakulnak ki. A vizsgálatok tanúsága szerint a kerámia testben a fémeket tartalmazó területek részaránya kb. 1... 40 tf%, esetleg még nagyobb is lehet Ez 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
