HU198429B - Process for producing shaped pieces of ceramics with self carryiong stucture - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú, alakos munkadarab előállítására, amikor is fém alapanyagot — és esetenként gázképző segédanyagot — elektronleadást vagy elektronmegosztást előidéző oxidálószerrel - melynek a reakcióhőmérsékletén gáz halmazállapotú komponense is van — oxidatív reakcióba viszszük és az oxidatív reakció eredményeként kapott anyag alapján a munkadarab felületét meghatározó felülettel határolt térben polikristályos szerkezetű kerámia anya got alakítunk ki. A találmány szerinti eljárás segítségével felületet, határréteget, körvonalat vagy hasonlót meghatározó alakzat igen pontosan adható visssza.

Az elmúlt évek folyamán egyre növekvő érdeklődés mutatkozik a kerámia anyagok mindazon alkalmazásai j 5 iránt, amelyek túllépik a hagyományos kereteket, amelyek a hagyományosan fémmel megoldott feladatok kerámia anyagokkal történő megoldását jelentik. Az érdeklődés folyamatos növekedését annak kell betudni, hogy a kerámia anyagok tulajdonságai — korróziós hatásokkal szembeni ellenállás, keménység, rugalmassági modulus, tűzálló tulajdonságok - a fémeknél jobb jellemzőket mutatnak, míg maguk a fémek ilyen vonatkozásban tovább már nehezen vagy csak nagyon drága 2 5 anyagok felhasználásával javíthatók. A kerámia anyagok felhasználása előtt a legnagyobb perspektívák a belső égésű motoroknál, a hőcserélőknél, a fémmegmunkáláshoz alkalmazott vágószerszámoknál, az egymással csúszó, illetve gördülő kapcsolatban álló felületeknél, 30 szivattyúknál és a tengerészeti technikában nyílnak.

A nagyobb szilárdságú, megbízhatóbb és kevésbé törékeny kerámia anyagok előállítására irányuló erőfeszítések aktuálisan a monolitikus szerkezetű kerámia anyagok készítési eljárásainak javítását és/vagy az öszszetett szerkezetű, esetleg monolitikus összetevőket tartalmazó kerámia mátrixok kidolgozását célozzák.

Az összetett struktúrák fogalmán olyan heterogén felépítésű anyagot értünk, amely a szükséges alakra hozva40 két vagy több, egymással integrálisán kapcsolódó, fizikai módszerekkel szét nem választható összetevőből áll, amelyek mintegy egymásba vannak ágyazva. Ennek egyik megoldása az, hogy az egyik összetevőből mátrix jellegű szerkezetet alakítunk ki és ebbe a másik összetevő részecskéit többé-kevésbé egyenletesen eloszlatjuk. A kerámia mátrixokra épülő összetett szerkezetű anyagok, testek, struktúrák olyan kerámia mátrixot tartalmaznak, amelybe beleágyazva különböző anyagok 50 lehetnek jelen, ahol az anyagok megjelenési formája például szemcse, szál, pálcika, lemezke és ehhez hasonló.

A kerámia anyagok alkalmazását és különösen felhasználásukat a fémek felváltásában több tényező korlátozza. Ezek között kell mindenekelőtt az alakhűséget és a komplex alak létrehozását említeni: ugyanaz az alak nehezen állítható elő nagy sorozatban, illetve nehézséget jelent a bonyolult alakzatok létrehozása. Ez különösen igaz akkor, ha az ismert technológiákkal magas go minőségi követelményeknek eleget tevő végtermékeket kívánunk további szerkezeti alkalmazásokra létrehozni.

A találmány feladata a felmerült igényeknek eleget tevő kerámia anyagok és termékek előállítására szolgáló eljárás kidolgozása. Feladata olyan megoldás létrehozása, amellyel szükség szerint bonyolult felületi kialakítású termékek is készíthetők, az elkészült termékek pedig egy előre meghatározott alakot hűen és nagy pontossággal követnek.

A találmány alapját többrétű felismerés jelenti. A felismerések egyike az, hogy önhordó szerkezetű, szükség szerinti sűrűségű kerámia test hozható létre fém alapanyag meghatározott feltételek között végrehajtott oxidálásával. Ennek lényege, hogy a fém alapanyagot, például alumíniumot megolvasztunk, oxidálószenei kapcsolatba hozzuk a megolvasztott fém tömegét és ehhez gáz vagy gőz halmazállapotú oxidálószert választunk. A hőmérsékletet az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótennék olvadásponlja alatti értéken tartva, szükség szerint változtatva, a fém alapanyag felületén szilárd oxidációs reakciótermék alakul ki, amelynek rétege alkalmas a fém alapanyag transzportjához szükséges feltételek biztosítására. A transzport azt jelenti, hogy a fém alapanyag részecskéi az oxidációs reakcióterméken keresztül az oxidálószer által kitöltött tér irányába mozdulnak el, az oxidálószerrel kapcsolatba lépnek és így az oxidációs reakciótermék rétege folyamatosan növekszik. Ezzel kerámia jellegű polikristályos test alakul ki. A folyamatot a felismerések szerint ötvövözött fémmel mint fém alapanyaggal lejátszatva, meg lehet gyorsítani. így a gazdaságilag legkedvezőbb eredmények alumínium esetében jelentkeztek, amelyet oxigén jelenlétében hatásosan lehet a felismerés szerinti eljárással oxidálni. Különösen előnyös, hogy az oxigént levegő formájában lehet a fémhez vezetni. Ilyen feltételek között az alumíniumból alumínium-trioxid anyagú polikristályos kerámia jellegű szerkezetek hozhatók létre és a folyamatot tovább lehet gyorsítani, ha dópoló anyagot a fém alapanyag felületén is használunk.

Ugyancsak felismerésünkhöz tartozik, hogy az ismertetett újszerű kerámia előállítási eljárás során az oxidációs reakciótermék növekedése biztosítható oly módon, hogy az töltő anyagból készült permeábilis masszába hatoljon be, annak anyagát, részecskéit gyakorlatilag változatlan struktúrában a kerámia mátrixba építsük be. A töltőanyagba behatoló oxidációs reakciótermékből létrejövő összetett szerkezetű kerámia mátrix jellemzői igen kedvezőek, de problémát jelent, hogy továbbra sem jön létre a kívánt alakzat.

Egy további lényeges felismerésünk az, hogy oxidációs reakciótermék növesztése a felismerés szerinti eljárásban végrehajtható permeábilis szerkezetű előminta infiltrációjával is. Ebben az esetben a fém alapanyag oxidációjával létrejövő oxidációs reakciótermék behatol az előmintába és azt fokozatosan kitölti. így előállíthatók például olyan összetett szerkezetű kerámia testek, amelyekben belső üreg van, vagy amelyek más szükség szerinti alakú előmintának megfelelő inverz alakzatot mutatnak.

A felismeréseink szerinti eljárásokban a kerámia test előállítására és különösen olyan kerámia szerkezetű alakzatok létrehozására, amelyek egy adott mintának felelnek meg, viszonylag na$;y alakhűségűek, olyan eszközöket használunk, amelyek minimalizálják a kerámia mátrix túlnövését egy adott liatárfelületen, vagy ennek a

198 429 határfelületnek az elérésekor a folyamatot lelassítják. Ezt a célt például úgy érik el, hogy a polikristályos kerámia mátrix infiltrációjának folyamatát szabályozzák. Ebből a célból lehetséges a fém alapanyag egy adott mennyiségének bevezetése a rendszerbe, utánpótlás biztosítása nélkül, az előmintán belül az oxidációs folyamat kinetikájának megfelelő befolyásolása, vagy esetleg a reakció hőmérsékletének csökkentése. Mindezek a lépések, ideértve az oxidálószer korlátos menynyiségének biztosítását is, nagy figyelmet, gondosságot igényelnek, ellenkező esetben a határfelületet az oxidációs reakciótennék túlnövi, vagyis a nagy pontosságú alakzatok előállítására ezek a megoldások nem alkalmasak. A túlnövés esetén ugyanis a kemény kerámia szerkezetet az ismert anyagmegmunkálási módszerekkel, például csiszolással kell a megkívánt pontos méretekre hozni.

A találmány feladata ennek megfelelően nemcsak az, hogy a határfelületet elérő, egy alakzatot követő kerámia terméket hozzunk létre, hanem az is, hogy ez a termék még bonyolult felületi kialakítás esetén se igényeljen lényegesebb volumenű anyagmegmunkálást előállítását követően. Ezt a feladatot felismerésünk szerint megfelelő gátló elem alkalmazásával tudjuk megoldani.

A kitűzött feladat megoldására, azaz önhordó szerkezetű, szükség szerint összetett felépítésű kerámia szerkezet előállítására eljárást dolgoztunk ki, amikor is fém alapanyagot elektronleadást vagy elektronmegosztást előidéző oxidálószerrel oxidatív reakcióba viszünk és az oxidatív reakció eredményeként kapott anyag alapján a munkadarab felületét meghatározó felülettel határolt térben kerámia szerkezetű anyagot alakítunk ki és a találmány szerint a fém alapanyag legalább egy részénél tőle legalább részben térközzel elválasztott, az előállítani kívánt munkadarab legalább egy felületét meghatározó gátló elemet rendezünk el, a fém alapanyaghoz legalább egy gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőt tartalmazó oxidálószert választunk, a fém alapanyagot olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten megolvasztjuk az oxidálószenei kapcsolatba hozzuk, és így a fém alapanyagot az oldószerrel reakcióba visszük, és ezzel az oxidációs reakcióterméket létrehozzuk, az oxidációs reakcióterméknek legalább egy részét az oxidálószer és a megolvadt állapotban tartott fém alapanyag között és velük érintkezésben tartjuk, ezzel a fém alapanyagot az oxidációs reakcióterméken keresztül eredeti helyéről a gátló elem irányában az oxidációs reakciótermék már kialakult rétege és az oxidálószer közötti határfelületre szállítjuk, és a reakciót az oxidációs reakcióterméknek, mint kerámia anyagnak a gátló elem által meghatározott felület eléréséig folytatjuk.

Ugyancsak a találmány elé kitűzött feladat megoldására dolgoztuk ki azt az önhordó szerkezetű, kerámia anyagú, alakos termék, munkadarab előállítására szolgáló eljárást, amelynél a találmány szerint a fém alapanyagot felületének legalább egy részén töltőanyaggal kapcsolatba hozzuk, a töltőanyagnak legalább egy részéhez a közötte és a fém alapanyag közötti érintkezési zónának legalább egy részétől térközzel elválasztott, az előállítani kívánt munkadarab legalább egy feliletét meghatározó gátló elemet illesztünk, majd az oxidatív reakciót úgy hajtjuk végre, hogy a fém alapanyagot az oxidációs reakcióterméken keresztül eredeti helyéről a gátló elem irányában a töltőanyag rétegének infiltrációja mellett az oxidációs reakciótennék már kialakult rétege és az oxidálószer közötti határfelületre szállítjuk, majd a reakciót az oxidációs reakcióterméknek, mirt töltőanyagot szerkezetébe befogadó kerámia anyagnak a gátló elem felületét elérő növekedéséig folytatjuk.

A találmány feladatának megoldását biztosítja az az általunk kidolgozott újszerű eljárás is, amikor a munkadarab kialakítása céljából a fém alapanyagból kialakuló oxidációs reakciótermékkel szemben permeábilis anyagból a munkadarab alakját követő, legalább egy felületén gátló elemmel kialakított előmintát hozunk létre, ezt követően az oxidatív reakciót úgy hajtjuk végre, hogy az előmintát felületének legalább egy részén a megolvasztott fémmel kapcsolatba hozzuk, és így a gátló elemet a fém alapanyagtól az előmintával meghatározott térközzel elválasztottan rendezzük el, a fém alapanyagot az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és ezzel az oxidációs reál ciótermék legalább egy réss.ét az oxidálószer és a megolvadt állapotban tartott fém alapanyag között és vélik érintkezésben tartjuk, ezzel a fém alapanyagot az oxidációs reakcióterméken keresztül eredeti helyéről a gátló elem irányában az oxidációs reakciótermék márkialakult, az előminta legalább egy részébe behatolt, azt magába fogadó részén keresztül az oxidációs reakciótermék már kialakult rétege és az oxidálószer közötti hatíirfelületre szállítjuk, majd a reakciót az oxidációs reak cióterméknek, mint az előminta anyagát szerk° zetébe befogadó kerámia jellegű összetett anyagnak a gáti 5 elem által meghatározott felületig való növekedéséig folytatjuk.

A találmány szerinti eljárásban tehát a fém alapanyagtól térközzel elválasztottan gátló elemet helyezünk el, amely célszerűen a megolvasztott fém alapanyaggal nem, vagy csak gyengén nedvesíthető anyagból áll és a télközbe adott esetben töltőanyag és/vagy előrúnta kerülhet. Az oxidációs reakciótermék növesztésé/el ezt a térközt kitöltjük.

A gátló elem felépítése lehet homogén vagy inhomogén. Célszerűen tartalmazhat a fém alapanyaggal annak megolvasztott állapotában reakcióba lépő olyan összetevőt is, amely az oxidációs reakciótennék további szállítási útjait lezárja. Célszerű az a megoldás is, amikor a gátló elem anyaga olyan illékony összetevőt tartalmaz, amely az oxidatív reakció feltétele között a szerkezetet pemeábilissá teszi. Az alkalmas alapanyagok között van a kalcium-szulfát, kalcium-szilikát, portlandcement, trikalcium-foszfát, vagy ezek valamilyen keveréke.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során a töltőanyagot általában szemcsés anyagként választjuk meg és azt hozzávetőlegesen azonos hőtágulási tényezőjű összetevőkből hozzuk létre, illetve az előmintában alkalmazott anyagok legalább egy részéből alakítjuk ki.

A fém alapanyag általában alumínium, de célszerűnek bizonyult szilícium, titán, ón, cirkónium vagy hafnium felhasználása is. Az oxidálószer általában gáz vagy gőz 3

198 429 halmazállapotú, célszerűen levegő, de adott esetben az oxidálószer tartalmazhat a töltőanyagban vagy az előminta anyagában eloszlatva szilárd oxidatív összetevőt, illetve olyan összetevőt, amely a reakció hőmérsékletén folyékonnyá válik. A szilárd oxidatív összetevő például szolícium-dioxid, bór vagy redukálható bórvegyület, esetleg foszfor, arzén, szelén, tellúr'. míg gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerként oxigéntartalmú gázt, levegőt, nitrogéntartalmú gázt, H₂/H₂O keveréket, szenet, metánt, etánt, propánt, acetilént, etilént, propilént, CO/CO2 keveréket vagy hasonlót választunk, de alkalmas oxidálószer a kvarchomok is, amely szilícium-dioxid alapú.

Célszerűen a töltőanyag vagy az előminta anyagaként alumínium, cérium, hafnium, lantán, neodímium, prazeodímium, szamárium, szkandium, tórium, ittrium vagy cirkónium alkalmas tulajdonságú vegyületét, például oxidját, vas-króm, alumínium ötvözetet, vagy a folyamat feltételei között anyagi integritását megőrző karbonszálat tartalmazó keveréket választunk.

Ugyancsak célszerű a dópoló anyag alkalmazása, amely kerülhet ötvöző összetevőként a fém alapanyagba, a fém alapanyag felületére bevonatként és a töltőanyag vagy az előminta anyagába kevert komponensként a rendszerbe. A dópoló anyag általában megfelelően választott fém, például magnézium, cink, szilícium, germánium, ón, ólom, bór, nátrium, lítium, kalcium, foszfor, ittrium vagy ritkaföldfém, illetve ezek valamelyikének leadására a reakció feltételei között alkalmas vegyület, keverék, anyag.

Általában a legkedvezőbb eredményeket az alumínium fém alapanyag és levegő mint oxidálószer alkalmazása biztosítja, ahol az oxidatív reakció hőmérséklete 850 és 1450 °C közötti érték. Ilyenkor az oxidációs reakciótermék általában alfa-módosulatú alumíniumtrioxid.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása révén szerkezetileg homogén, tulajdonságait tekintve erősen izotróp jellegű anyagot kapunk, amelynek vastagsága jelentősen túllépi a hagyományos kerámiagyártási módszerekkel előállítható rétegvastagságokat. Az így kapott anyagok, munkadarabok közvetlenül felhasználhatók szerkezeti elemekként, nincs szükség a hagyományos kerámiagyártási eljárások során igényelt finom technológiák alkalmazására, mint a nagy tisztaságú, egyenletes szemcsézettségű porok előkészítésére, azok megfelelő feltételek között történd összenyomására és kivetésére. A találmány szerinti eljárással előállított munkadarabok minimális mértékű előkészítés után alkalmasak ipari, szerkezeti és műszaki alkalmazásokra, ahol szükség van a kiváló elektromos, kopásállósági, termikus, strukturális vagy más olyan jellemzőkre, amelyek a kerámia anyagrác segítségével biztosíthatók. A találmány szerinti eljárás lényegében nem alkalmas megolvasztott fémek feldolgozása során keletkező nemkívánatos melléktermékek tgbóli felhasználására.

A találmány szerinti eljárás további ismertetése során, illetve az igénypontokban alkalmazott kifejezések 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 összekötött 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 elemnek vagy vegyületnek, illetve azok valamilyen kombinációjának elektront leadni vagy azzal elektront megosztani képes összetevőnek tekinljük. Ennek megfeleE5en a definícióval értelmezett oxidációs reakciótermék gy vagy több fém és valamilyen, a leírásban kifejtett teltételeket teljesítő oxidáló hatású anyag között kialakult reakció eredménye.

Az „oxidálószer” fogalma elektron befogadására, illetve elektron megosztás útján történő befogására alkalmas egy vagy több összetevőt takar, amely a reakció feltételei között lehet szilárd, folyékony vagy általában gáz halmazállapotú (ez utóbbi esetben gőz állapotú is lehet), de ezek keveréke (így többek között folyadék és gáz keveréke) szintén használható.

A „fém alapanyag” olyan viszonylag tiszta vagy nagy tisztaságú fémes tulajdonságú, általában kereskedelmi forgalomban beszerezhető anyag, amely a fémes összetevőket a szokásos szennyezésekkel, adott esetben ötvözőanyagokkal, ötvöző vegyietekkel és intermetalHkus vegyületekkel együtt tartalmazza. Ha a leírás fém alapanyagként egy meghatározott fémet, például alumíniumot említ, akkor a találmány a fenti tisztasági feltételeknek megfelelő fémre (alumíniumra) vonatkozik, hacsak a leírás ezzel kapcsolatban más feltételeket nem említ.

A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti foganatosítási mód kapcsán, a csatolt rajzra való hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

1. ábra az 1. példa szerintii foganatosítási móddal gyártott kerámia tennék előállításához szükséges előminta robbantásos ábrája, a

2. ábra az 1. ábra szerinti előminta oldalnézete az alkotóelemek egyesítés; után, a

3. ábra a 2. ábra szerinti előminta elöhézete a fém alapanyagnak az előmintával való kapcsolatba hozatala előtti hely zetben, a

4. ábra az 1. ábra szerinti előmintát és fém alapanyagot tartalmazó elrendezés vázlata az 1. példa szerinti foganatosítási módhoz, az

5. ábra az 1. példa szerinti foganatosítás módnál alkalmazott gátló elem elrendezése a 4. ábra szerinti

-4198 429

5—5 vonal mentén, a

6. ábra az 5. ábra szerinti, bevonattal ellátott előminta elrendezése tűzálló anyagú edényben kialakított semleges anyagú ágyban, a

a. ábra az 1. példa szerint előállított összetett szer- 5 kezetű kerámia test oldalnézeti fényképe, a

b. ábra a 7 a. ábra szerinti test elölnézete, fényképen, a

8. ábra a 2. példa szerinti eljárás foganatosításával előállított összetett szerkezetű edény keresztmetszetének fényképe, a belső felület bemutatásával, a

9. ábra a 3. példa szerinti eljárás foganatosításával előállított összetett szerkezetű test külső felületének fényképe, a

10. ábra a 4. példa szerinti eljárás foganatosításával előállított összetett szerkezetű kerámia anyagú fogaskerék oldalnézeti fényképe, a

11. ábra az 5. példa szerinti eljárás foganatosításával előállított összetett szerkezetű, fogaskerék alakú kerámia test oldalnézeti fényképe, a

12. ábra rozsdamentes acélból készült gátló elem alkotórészeinek robbantásos képe, oldalnézetben, a 25 13 a. ábra a 8. példa szerinti eljárás foganatosításában alkalmazott rozsdamentes acél elem oldalnézete, a

b. ábra a 8. példa szerini eljárás foganatosítása során kialakított tűzálló anyagú edényben elrendezett 3θ semleges anyagú ágy, keresztmetszetben, a 13 a. ábra szerinti gátló elemmel fedett fém alapanyag bemutatásával, míg a

14. ábra a 8. példa szerinti eljárás foganatosításával 35 előállított két összetett szerkezetű kerámia test fényképe.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során az oxidációs reakciótennék előállításához kiindulásként fém alapanyagot választunk, amelyet szükség szerint, 40 mint erről a továbbiakban még szó lesz, dópoló összetevőkkel egészítünk ki. A fém alapanyag fizikai megjelenési formája nem különösebbül fontos, az lehet tuskó, rúd, téglatest, lemez vagy más. A fém alapanyagot semleges ahyagú ágyba ágyazzuk be és így tűzálló anyagú edénybe vagy más tartóelemre helyezzük. A fém alapanyagot legalább részben olyan gátló elemmel fedjük be, amely tőle legalább is egy felület mentén térközzel van elválasztva. A gátló elem olyan határfelületet, terű- 50 letet, illetve gátló felületet határoz meg, ameddig az oxidációs reakcíótermék növekedése, kifejlődése kívánatos, és amely képes ezt a folyamatot erőteljesen lelassítani vagy leállítani. Az összeállítást ezt követően a gátló elemmel együtt kemencébe helyezzük, amelyben oxidálószer is jelen van. Ez az oxidálószer mindenképpen tartalmaz gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőt.

Az oxidálószer jelenlétében az elrendezést a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az oxidatív reak- 60 cióban létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletre melegítjük fel. A leggyakoribb esetben, amikor a fém alapanyag alumínium, míg az oxidálószer levegő, a hőmérsékletet általában a

900 C és 1350 °C közötti értéktartományban tartjuk, bár a folyamat a 850 °C és 1450 °C közötti értéktartómé ryban is jól végrehajtható. A kívánt tartományba eső hőmérséklet elérését követően a fém alapanyag megolvad. az oxidálószerrel a megolvadt fém reakcióba lép és az oxidatív reakció eredményeként rajta az oxidációs reakcótermék szilárd rétege jön létre. Amikor a megolvadt állapotot fenntartjuk és az oxidálószer jelenlétét biztosítjuk, a fém alapanyag a kapilláris hatások következtéién folyamatosan behatol az oxidációs reakciótermék már kialakult rétegébe, azon az oxídálószer gáz vagy gőz halmazállapotú összetevőjével kitöltött tér felé mozog, tehát az oxidációs reakciótermék már létrejött rétegén keresztül a gátló elem irányába halad. Amikor a fém alapanyag oxidálószerrel érintkezik, azzal reakcióba lép és így az oxidációs reakciótermék rétege növekszik, nég magában az oxidációs reakciótermékben eloszlatva megjelenik a fém alapanyag fémes, oxidálatlan formában. A fém alapanyag és az oxidálószer közötti reakció addig folytatódik, amíg a reakciótermék növekedése el nem éri a gátló elemet, amely képes az oxidációs reakciótermék növekedését megállítani, erőteljesen lelassítani és igy a kerámia test pontos vagy kis hibával terhelt alaktartását biztosítani. Ennek megfelelően a találmány szerinti eljárásban a gátló elem a poükristáíyos anyag növekedését késlelteti vagy leállítja, lehetővé teszi a kerámia test jól meghatározott alakjának biztosítását.

A folyamat eredményeként létrejövő polikristályos szerkezetű kerámia anyag többé-kevésbé porózus is lehet.

A pórusokat a kerámia anyagban eredetileg kial kuló fé nes fázis megszűnése biztosítja, hiszen az oxidációs eakció folytatásával a fém alapanyagnak gyakorlatilag teljes mennyiségét az oxidatív reakcióval fel lehet dolgozni. A fém alapanyag helyén maradó üres rész, pórusok térfogataránya a folyamat hőmérsékletétől, időTartamától, az alkalmazott fém alapanyagtól és az esetleges dópoló anyagoktól, ez utóbbiak koncentrációjától függ. A polikristályos szerkezetű kerámia anyagokban az oxidációs reakciótermék egymással több irányban, általában három dimenzióban kapcsolódó krisztallitokból áll, amelyek között a fém többékevésbé egymással kapcsolódó járatokat alkothat. A fém jelenlététől vagy a porozitástól függetlenül a gátló elem jelenlétének eredményeként a kerámia terméket a jól meghatározott, a kívánt helyen létrejött határfelület jellemzi.

A tal.ilmány szerinti eljárás foganatosítási módjaiban szükséges gátló elemként minden olyan megoldás alkalmazl ató, amely biztosítja, hogy az oxidációs reakciótermél növekedése, kifejlődése egy jól meghatározott határfelületen leáll, jelentősen lelassul vagy irányt változtat. Gátló elemként minden olyan anyag, vegyület, elem, keverék vagy hasonló szóba jöhet, amely a találmány szerinti eljárás foganatosításakor létrejövő oxidatív föltételek között anyagi integritását legalább korlátos ideig megtartja, tömegében nem illékony, és a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószert célszerűen

198 429 képes átengedni. A gátló elemnek egyidejűleg fizikai vagy kémiai mechanizmus révén biztosítania kell, hogy az oxidációs reakciótermék kifejlődése, növekedése lelassuljon, leálljon, esetleg más vegyület keletkezésébe menjen át, a folyamat megszűnjön a továbbiakban a 5 határfelületen túl növekedést okozni. A gátló elem lehet alkalmas reakcióméreg is.

A tapasztalat szerint a gátló elem kialakítására alkalmas anyagok egyik kategóriáját a szállított fém alapanyag által, annak megolvasztott állapotában nem vagy ¹θ csak igen nehezen nedvesíthető anyagok jelentik.

Az ilyen típusú gátló elem a megolvasztott fémmel szemben közömbös, az affinitása kicsi vagy nulla, vagyis az oxidációs reakciótermék kifejlődését a nedvesítés hiánya jg révén tudja korlátozni. A gátló elemek egy másik osztálya viszont képes a megolvasztott fém alapanyaggal reakcióba lépni, a reakció eredményeként képződő anyag késlelteti a növekedést, mégpedig a szállított fém alapanyagba való folyamatos behatolás, beoldódás ²θ révén, vagy pedig olyan re akció termékek, például intermetallikus vegyületek létrehozásával, amelyek a fém alapanyag transzporát megnehezítik, kizárják. Ilyen típusú gátló elem lehet olyan fém vagy fém ötvözet, jg esetleg maga a fém alapanyag is, amelyből alkalmas tulajdonságú oxid tud kialakulni, de gátló elemként alkalmazhatók egyes redukálható fém vegyületek, vagy a sűrű kerámia szerkezetek. A gátló elem ilyen jellegű kialakítása esetében kialakulhat az a helyzet, hogy a 30 kerámia anyag kifejlődését ez a megoldás csak fokozatosan képes leállítani, ezért maga a kerámia anyag kissé a gátló elem mögé is nőhet. Ez önmagában véve esetleg hátrányosnak tűnhet, de a túlnövekedés mértéke és a túlnövekedéssel létrejött anyag összetétele olyan, hogy azt már kis ráfordítással el lehet távolítani, a szükséges felületi kialakítás egyszerű megmunkálással elérhető.

A gátló elemnek célszerűen permeábilis szerkezetűnek vagy porózusnak kell lennie, és ezért ha gáz vagy gőz 40 halmazállapotú anyagot át nem engedő szilárd anyagú falat használunk a reakció lelassítására vagy megállítására, a gátló elemet legalább egy zónájában, valamelyik vagy mindkettő végénél nyitott szerkezettel kell létrehozni, hogy a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer képes legyen a megolvasztott fém alapanyaghoz eljutni.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során különösen célszerűnek bizonyult alumínium mint fém alapanyag kiválasztása. Az alumínium és ötvözeteinek ese- 50 tében a gátló elemet legelőnyösebbnek bizonyult kalcium-szulfátból, kalcium-szilikátból és trikalciumfoszfátból létrehozni, mivel ezeket a vegyületeket az olvadt állapotú alumínium nem képes nedvesíteni. Ezek az anyagok azzal az előnnyel is járnak, hogy töltőanyagból készült ágy ésjvagy a töltőanyagból létrehozott előminta egy vagy több felületére zagyszerű készítményként, esetleg pasztaszerű konzisztenciájú anyagként vihetők fel. A gátló elembe célszerű lehet éghető vagy il- gp lékony összetevőt bekeverni a folyamat megkezdése előtt. Ennek az az előnye, hogy az oxidatív reakció megemelt hőmérsékletén ez az összetevő eltávozik vagy felbomlik és ezzel maga mögött porozitást hagy, ami a gátló elem permeabilitását növeli. A gátló elem egyéb- θ·^Γ> ként alkalmas tűzálló anyag részecskéiből is létrehozható, aminek az az előnye, hogy az ismert formázási technikákkal létrehozott felületeket az oxidatív reakció megemelt hőmérsékletén nem fenyegeti a megrepedezés, az összetöredezés veszélye. A tűzálló anyagot célszerűen úgy választjuk meg, hogy az a töltőanyagból álló ágy, illetve az előminta alapvető komponensével azonos vagy közelítőleg azonos hőtágulási tényezőt mutasson. így például az előmintát alumínium-trioxidból létrehozva, alumínium alapanyag esetében a kerámia mátrix alumínium-trioxid felépítésű, amelyben a töltőanyag részecskéi jelen vannak, de ilyenkor a gátló elembe is bekeve-, rünk olyan alumínium-trioxidot, amely szemcsézettsége folytán alkalmas a gátló elem feladatának ellátására, szemcsézettségének mértéke 20...1000 mesh. Az alummium-trioxid részecskéket a gátló elem anyagába általában 10:1...1:10 arányban keveijük be, kalciumszulfát alapanyag esetéten célszerűen ugyanolyan mennyiségű alumínium-trioxidot használunk. A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módja az is, amikor a gátló elembe a kalcium-szulfát (pl. alabástromgipsz) mellett portlandcementet használunk. A portlandcement és az alabástromgipsz aránya szintén általában a 10:1...1:10 tartományba esik, ahol célszerűen az alabástromgipsz részaránya általában háromszorosa a portlandcementének. Adott esetben gátló elemként a portlandcement önmagában is megfelel.

Alumíniumot mint fém alapanyagot használva a gátló elem egy másik célszerű kiviteli formája az, hogy az alabástromgipszet sztöchiometriai arányban szilíciumdioxiddal keveijük ki, ahol azonban az alabástromgipsz feleslegben is jelen lehet. A megmunkálás során az alabástromgipsz és a szilícium dioxid a megemelt hőmérsékleten egymással reakcióba lép, aminek eredményeként kalcium-szüikát jön létre és ez gátló elemként azért különösen jól működik, mivel résektől, repedésektől gyakorlatilag mentes. Az alabástromgipsz egyébként 25...40 t% kalcium-karbonáttal is jól kikeverhető a gátló elem létrehozása céljából. Ilyenkor a kalcium-karbonát a megemelt hőmérséklet hatására szén-dioxid kibocsátása mellett lebomlik, ami a gátló elem porozitásút növeli.

Alumíniumot mint fém alapanyagot használva a gátló elemek egy további előnyös osztályát a vas alapú anyagok képezik. így például a rozsdamentes acél, a króm-oxid vagy más, a vascsoportba tartozó fém tűzálló anyagú oxidja jól használható a töltőanyag ágyát befogadó tartályként, arra borított falként vagy a felületet borító rétegként. A sűrű, színtelen vagy kiégetett kerámiák, mint például az alumínium-trioxid alapú kerámia anyagok ugyancsak gátló elemként működnek. Ezek általában a fém alapanyag számára átjárhatatlanok és ezért az esetek többségében a porozitás biztosítására külön elő kell őket készíteni vagy megfelelő módon átjárhatóvá kell tenni az oxidálószer számára. A reakció feltételei között a gátló elem esetleg morzsalékony anyagot is képezhet, amelyet a kerámia test felületéről egyszerűen, például dörzsöléssel távolítunk el.

A gátló elem elkészítése, legyártása ismert módon hajtható végre, a kívánt alakot, mintát úgy hozzuk létre,

-6, 198 4 hogy a szerkezet a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószert lehetőleg átengedje. A filmszerű rétegben, paszta konzisztenciájú anyagként, zagyként, lyukacsos vagy át nem eresztő lemezként, illetve lapként alkalmazott gátló elemek vagy a rácsszerű szerkezetű kerámia vagy fém 5 ernyők, kerámia anyagú szövetek, ezek kombinációi a kívánt hatást fejtik ki. A gátló elem anyagába szükség szerint töltőanyag és/vagy kötőanyag szintén bekeverhető.

A gátló elem méretei és külső kialakítása az előállí-¹⁰ tani kívánt kerámia termék kívánt alakjától függenek.

Ha például a gátló elemet meghatározott távolságra helyezzük el vagy építjük be a fém alapanyagtól, a kerámia anyagú mátrix növekedése a gátló elem elérésekor az adott helyen befejeződik vagy erőteljesen lelassul. Ennek megfelelően az oxidatív reakció eredményeként kapott kerámia termék inverz reprodukciója lehet a gátló elem alakjának. Ha például a fém alapanyagtól legalább részben térközzel elválasztva konkáv gátló elemet rende- 20 zünk el, a polikristályos kerámia anyag növekedése a konkáv gátló elem határfelülete és a fém alapanyag kiindulási felülete közötti térre korlátozódik. A növekedés lényegében a gátló elem konkáv felületénél leáll. Miután 25 a gátló elemet eltávolítottuk, a kerámia test felületén a gátló elem konkáv részének megfelelően többé-kevésbé tökéletes konvex alakzat jön létre. Ha a gátló elem porózus szerkezetű, a pórusoknak megfelelő helyeken a polikristályos anyag kis mértékben tovább nőhet még, 30 de ez a növekedés jelentősen korlátozható, vagy teljesen kiküszöbölhető, ha a gátló elem anyagát megfelelően választjuk. A gátló elem eltávolítása után a polikristályos szerkezetű kerámia test felületén jelentkező poükristályos szerkezetű túlnövések általában könnyen eltávolíthatók csiszolással, homokfúvással vagy hasonló technológiai eljárásokkal, amelyek eredményeként a polikristályos anyag felesleges részeitől teljes mértékben mentes kerámia test kapható. Ha például a fém alapanyagtól térközzel elválasztva a fém irányában hengeres kiemelkedéssel kialakított gátló elemet helyezünk el, akkor olyan kerámia testet kapunk, amelyben a hengeres kiemelkedés alakját inverz módon reprodukáló, annak átmérőjével egyenlő átmérőjű ás annak mélységét felvevő hengeres bemélyedést kapunk.

Az összetett szerkezetű kerámia τ . ; kialakítása során a polikristályos anyag adott határon Ti történő növekedésének minimalizálására vagy kizárására célszerű lehet a gátló elemet töltőanyag vagy előminta meghatározott határfelületének szoros közelségében, vagy ezen a felületen elhelyezni. Ha a töltőanyagból készült ágy vagy előminta egy meghatározott határfelületére a gátló etemet fel kívánjuk vinni, akkor erre az ismert megoldások jól használhatók. A gátló etem például bevonatként kerülhet a meghatározott felületre. Így a gátló etem rétegét létre lehet hozni festéssel, felszórással, párologtatással, befúvással agy más olyan módszerrel, amely a folyékony, zagyszerű vagy paszta konzisztenciájú anyagot képes a felületre felvinni, de ugyancsak alkalmas megoldás az elgőzölögtethető gátló elemek alkalmazása. A gátló etemből réteget vagy szilárd szemcséket kialakítva a szükséges felület beborítható, de ugyancsak lehetsé* 2 ges kis vastagságú vékony lapocska vagy filmréteg felvitele a kijelölt határfelületre. A megfelelő helyre felvitt gátló elem alkalmazása révén a polikristályos oxidációs reakciótermék növekedése az előmintának a gátló elemmel kijelölt határfelületénél befejeződik, az oxidációs reakciótermék növekedése során a gátló etemet elérő anyagtömeg továbbfejlődése leáll.

A találmány szerinti eljárás előnyös foganatosítási módjaiban permeábilís szerkezetű előmintát használunk, amelynek jól meghatározott külső felületei vannak. Ezek közül legalább egyhez gátló elemet illesztünk, illetve ’egalább egy felületet a gátló elemmel beborítunk. Az előminta ebben az esetben nemcsak egy megfelelően formázott munkadarabot jelent, hanem létrehozhatók olyan elrendezések is, amelyekben több, egymással a kíván' szerkezetű kerámia munkadarab előállításakor öszszekapcsolt alkotóelemek vannak. Erről a továbbiakban még szó lesz. Az előmintát a fém alapanyag egy vagy több felületével kapcsolatban, azzal érintkezésben helyezzük el, vagy a fém alapanyag felületének egy részét az (lőmintával borítjuk be, mégpedig úgy, hogy a gátló elemmel meghatározott határfelület, tehát a gátló elem mellett elhelyezett előmintarész, vagy az előmintának a gátló elemmel borított része a fém alapanyag felületétől az előminta anyagával elválasztottan van elrendezve. Ez biztosítja, hogy az oxidatív reakció eredményeként kialakuló kerámia mátrix az előminta térfogatúban jöjjön létre és kifejlődése a gátló elem által meghatározott határfelületig történjen. A permeábilis szerkezetű előminta a találmány szerinti eljárás foganatosításának fontos része, a fém alapanyag hevítése során az utóbbival együtt ez a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer hatásának van kitéve, az oxidálószer az előmirtát is körbeveszi. Az oxidálószer egyébként szilárd és folyékony összetevőket is tartalmazhat. Az oxidatív reakciót addig folytatjuk, amíg az eredményeként képződő oxidációs reakciótermék az előmintát átjárja és kapcsolatba került a gátló elemmel, amikor az utóbbival meghatározott, esetleg borított felületet eléri. A gyakorlatban az előminta határfelülete és a polikristályos szerkezetű kerámia mátrix külső felülete egybeesik. Az előminta egyes felületi részei azonban a mátrixból kimaradhatnak, vagy azokból a kerámh mátrix egy része kiáll. Ez annyit jelent, hogy a ktrámja mátrix fejlődése során az előminta teljes infiit. ác’ója, anyagának teljes mértékű beágyazódása nem mindig zajlik le.

A gátló etem a mátrix növekedési folyamatát megakadályozza, lelassítja, ezért a polikristályos anyag itt nem képes az előminta felületén túlnőr i, amint az a gátló e lem alkalmazása nélkül lehe tséges. A találmány szerinti eljárás foganatosításával kapott összetett szerkezetű kerámia anyagú munkadarab ennek megfelelően a kerámia mátrixszal átjárt, anyagát a kerámia mátrixban beágyizottan tartalmazó előmintát fogad be, az előminta alakjának megfelelő olyan polikristályos szerkezetű termék jön létre, amely a fém alapanyag és az oxidálószei között lezajló oxidatív reakció termékéből, egy vagy több fémes összetevőből és az előminta anyagából tevődik össze. A fémes összetevők jelenléte nem mindig

198 429 jellemző, anyaguk azonban a fém alapanyagból, illetve annak fémes összetevőiből származik.

Az előmmta és a gátló elem egyidejű alkalmazására épülő előnyös foganatosítási módokat az ábrákon fi.-7. ábra) mutatunk be és ezekre az 1. példa kapcsán is fogunk hivatkozni. Ebben az esetben az előminta anyaga 500 mesh szemcsézettségű szüícium-karbid volt. A pontosan reprodukálandó határfelületet permeábilis szerkezetű kalcium-szulfát (alabástromgipsz) rétegével jelöltük ki, amely a gátló elem szerepét játssza. Ezt a réteget tixotróp zagyként, illetve paszta konzisztendájú anyagként hoztuk létre, amely azután hidrolízis révén köt meg és megkönnyíti az elrendezés kezelését. Az elrendezést kemencében a kívánt hőmérséklet-tartományba eső hőmérsékletre melegítjük, a hőmérséklet fenntartásával a polikristályos oxidációs reakciótermék növekedését és az előmintába történő infiltrációját a meghatározott határfelületig biztosítjuk. A kalcium-szulfát réteg biztosítja, hogy az előminta ezzel borított felületein túlmenően a polikristályos anyag ne jöhessen létre. Az oxidatív reakdó feltételei között a kalcium-szulfát dehidradálódása következik be, ami azért előnyös, mert egyszerű módon, például kaparással, dörzsöléssel, esetleg kis teljesítményű homokfúvással a morzsalékony réteg jól eltávolítható a kész kerámia anyagú végtermék felületéről.

A találmány szerinti eljárást foganatosítottuk olyan összetett szerkezetű munkadarab előállítására is, amelyben az eredetileg fém alapanyag által elfoglalt belső üreg negatív reprodukálását biztosítottuk. Ilyenkor a gátló elemet olyan anyagként választjuk meg, amelynek strukturális integritása elegendő az elrendezés összetartására. A szemcsés töltőanyagot a megfelelő alakra hozott fém alapanyagnak legalább egy részét körülvevően helyezzük el, de nem szabad megengedni, hogy a töltőanyag szemcséi a poiózus anyagú gátló elemen át elszivárogjanak. A gátló elemet ezért általában olyan lyukasztott vagy hálószerű szerkezetű tartályként hozzuk létre, amely a töltőanyagot körbefogja és például fémhálóként biztosítja az alaktartást. Ha az így kialakított gátló elem az oxidatív reakció feltételei között nem képes a szükséges strukturális integritását megőrizni, a hálószerű réteget egy külső, például kerámiából, acélból vagy megfelelő vasötvözetből készült hüvellyel vesszük körül, amely koncentrikusan fogadja magába a lyukacsos bevonatot. Az így kialakított hengeren lyukasztást kell biztosítani a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer átengedésére, hogy így a hüvelyen és a töltőanyagot körbevevő rétegen áthatolva az oxidálószer kapcsolatba kerülhessen a megolvadt fém alapanyagagai. A hüvely és a bevonó réteg kapcsolatát úgy kell kialakítani, hogy ezen, mint gátló elemen át a töltőanyag részecskéi ne távozhassanak. A töltőanyag felületének alakja kongruens a tartály belső felületével és ez a végeredményként kapott összetett szerkezetű kerámia test alakjában reprodukálódik. A 12. ábra és a 6. példa ezt a foganatosítási módot mutatja be, amikor vízszintes elrendezésben fém tartály képezi a gátló elemet.

Nyilvánvaló, hogy az eddigiekben is ismertetett gátló eleinek közül egy vagy több az oxidatív reakció magas hőmérsékletén és kedvezőtlen feltételei között összetételében, anyagának megjelenésében változásokat szenvedhet. Ezek a kémiai és fizikai folyamatok vezetnek oda, hogy például kalcium-szulfátból (alabástromgipszből) és ahimínium-trioxidból álló keverék alapján létrehozott gátló elemnél létrejöhet kalcium-alumí8 nium-oxiszulfát. Ha a gátló elem anyaga AISI 304 jelű rozsdamentes acél, akkor várható, hogy az acélt alkotó fémek egy része a folyamat feltételei között oxidálódik. Mindez azonban nem okozliat zavart, mivel a kerámia test felületéről a gátló elem maradványait könnyen el lehet távolítani.

A találmány szerinti eljárás foganatosítási módjai révén kapott összetett szerkezetű kerámia anyagú munkadarabok általában olyan koherens termékek, amelyekben a kerámia anyagú összetett szerkezetű összetevő térfogatának 5...98 t%-át az előminta anyaga és a polikristályos mátrix anyaga alkotja. A polikristályos mátrix az előminta anyagát beágyaswa hordozza. Ha a fém alapanyag alumínium, a polikiristályos anyagú mátrixban 60...99 t% részarányban (a polikristályos anyag térfogatához viszonyítva) egymáshoz kapcsolódó alumíniumtrioxid részecskék vannak, míg a térfogat maradék részét, tehát a polikristályos anyag 1...40 t%-át a fém alapanyag és annak oxidálatlan komponensei foglalják el.

A találmányt a továbbiakban elsősorban olyan rendszerek vonatkozásában ismertetjük, ahol a fém alapanyag alumínium vagy alumínium ötvözet, míg az oxidációs reakciótermék alumínium-trioxid. Ez nem jelenti a találmány szerinti eljárás lényegi korlátozását, hanem csak a gazdasági szempontok miatt legkönnyebben hozzáférhető fém alkalmazására utal. A találmány szerinti eljárás és ennek megfelelően az itt foglalt kitanítás jól alkalmazhatók egyéb fémeknél mint ón, szilícium, titán, cirkónium, míg az oxidatív reakcióban oxidálószerként oxigén, nitrogén, bór, szén stb. léphet fel. Így a gátló elemet a fém alapanyagtól, az alkalmazott dópoló anyagoktól, a kerámia mátrix felépítésétől, a töltőanyag összetételétől, a folyamat feltételeitől s esetleg más tényezőktől függő anyagból alakítjuk ki. A kalciumszulfát mindenek előtt az alumíniumhoz hasonló rendszereknél fejt ki gátló határt, így például, ha a fém alapanyag ón, míg az oxidálószer levegő. A kalcium-szulfát azonban nem alkalmas gátló elem létrehozására olyan reakciófeltételek között, amikor a hőmérséklet már a kalcium-szulfát stabilitását veszélyezteti. Ez a helyzet például a titán-nitrid alapú kerámiák előállításakor, amikor a titán és a nitrogén között mintegy 2000 °C hőmérsékleten hajtjuk végre a reakciót. Ilyen magas reakcióhőmérsékletek esetén a gátló elem létrehozására általában a sűrű alumínium-trioxid vagy cirkóniumdioxid alapú kerámiákat liasználjuk, amelyek egyrészt a gátló elem feladatainak ellátására is alkalmasak, másrészt tűrik az ilyen magas hőmérsékleteket.

A reakció lefolytatásához a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószeren kívül alkalmazni lehet a szilárd halmazállapotú oxidálószereket is, az előzőekkel keverékben. A gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerek között a gázokon kívül vannak azok az elemek és vegyületek, valamint keverékek, amelyek a reakció feltételei között illékonyak vagy gőzzé alakulnak. A különböző halmazállapotú oxidálószerek, mint említettük, keverékben szintén használhatók. Nem teljes listája az oxidálószereknek a következő? oxigén, nitrogén, halogénelem, kén, foszfor, arzén, szén, bór, szelén, tellur, ezek vegyületei és keverékei, mint például a szilícium-dioxid (ez kiváló oxigénforrás), metán, etán, propán, acetilén, etilén és propilén (mint szén forrásai), továbbá keverékek, mint levegő, H₂/H₂O és C0/C0₂, illetve ez utóbbi kettő (tehát H₂/H₂O és CO/CO₂) keveréke, amelyek

198 429 különösen alkalmasak a környezet oxigénaktivitásának csökkentésére. Ennek megfelelően a találmány szerinti eljárással előállított kerámia testben lehetséges, hogy egy vagy több oxid, nitrid, karbid, borid és oxinitrid van, mint oxidációs reakciótermék jelen. Alumínium g mint fém alapanyag alkalmazása esetén tehát az oxidációs reakciótennék lehet az alumínium oxidja, nitride, karbidja, boridja, míg szilícium esetében a borid, titánnál a nitrid, borid stb. Általában megállapítható, hogy az oxidációs termékek a nitridek, boridok, karbidok, szilicidek és az oxidok. A folyamat molibdénből kiindulva molibdén-szilicid oxidációs reakciótermékkel is megvalósítható. A gáz halmazállapotú oxidálószerek közül mindenekelőtt az oxigén és az oxigén tartalmú gázok alkalmazása a legcélszerűbb (ideértve a levegőt), és ha a fém alapanyag alumínium, a kerámia terméket alumínium-oxidból kell előállítani, akkor nyilvánvaló gazdasági meggondolások miatt a levegő a legkedvezőbb oxidálószer. Ha az oxidálószert úgy azonosítjuk, hogy az egy megadott gázt vagy gőzt tartalmaz, esetleg ebből 20 az anyagból áll, ez annyit jelent, hogy a megadott gőz vagy gáz a reakció feltételei között, az oxidálószerben a kizárólagos, a túlnyomó vagy legalábbis a nagyobb részt alkotó oxidáló összetevő, amely az oxidációs reakció feltételei között a fém alapanyag oxidálását 25 biztosítja. így például a levegő általában nitrogéntartalmú gáznak minősül, hiszen nitrogéntartalma sokkal nagyobb, mint benne az oxigén mennyisége, mégis a levegőt a találmány vonatkozásában oxigéntartalmú gáznak tekintjük, mivel a fém alapanyag oxidációs 3Q reakciójának lefolytatásánál levegő alkalmazása esetében a hatás mindenekelőtt az oxigén jelenlétének köszönhető. Ennek megfelelően a levegő ez esetben az oxigéntartalmú gáz kategóriájába esik, a nitrogéntartalmú gázok között a jelen találmány értelmében oxi- 35 dálószerként nem említhető meg. A nitrogéntartalmú gáz, mint oxidálószer példája lehet a 96 tf% nitrogént és 4 tf% hidrogént tartalmazó formázó gáz.

Az oxidálószernek lehet szilárd és/vagy folyékony összetevője, tehát olyan komponense, amely az oxida- 40 tív reakció feltételei között szilárd vagy folyékony halmazállapotú. Ezeket az oxidálószereket, mint említettük, mindenkor a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerrel együtt használjuk. A szilárd halmazállapotú oxidálószert általában a töltőanyag ágyában vagy a 45 teljes előmintában eloszlatjuk, annak anyagába bekeveqük, de ugyancsak megfelelő megoldás, ha ezt a szilárd anyagot csak az előminta, a töltőanyag egy részében szemcsézett anyagként külön rétegben helyezzük el. A töltőanyag ágya vagy az előminta részecskéi be- 50 vonhatók oxidáló hatású anyaggal is. A szilárd oxidálószerek között vannak az elemek, mint a bőr vagy a szén, a redukálható vegyületek, amelyeket úgy választunk meg, hogy azok termodinamikus stabilitása kisebb legyen, mint a fém alapanyaggal az oxidatív 55 reakció feltételei között kialakuló vegyületeké. Az alkalmas vegyületek között vannak például az oxidok és a boridok.

A folyékony oxidálószereket a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerekkel együtt alkalmazva az előző- 60 eket szintén a töltőanyag ágyának egészében, az előminta teljes térfogatában vagy ezek egy részében, pl. a fém alapanyag közelében oszlatjuk el, feltéve, hogy ez az anyag nem záija el a megolvasztott fém alapanyag és a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer közötti 65 kapcsolatot biztosító utakat. Amikor folyékony oxidálószert említünk, olyan anyagot értünk ezen, amely az oxidatív reakció feltételei között folyékony halmazállapotú még akkor is, ha ezt a halmazállapotot szil írd halmazállapotból kiindulva a megemelt hőmé 'séklet hatásával biztosítjuk. Ezért az oxidatív reakció hőmérsékletén megolvadó sók is folyékony oxidálós; érnék minősülnek. A folyékony oxidálószernek lehet folyékony halmazállapotú elővegyülete is, például olyan anyag oldata, amelyet a töltőanyag egészének vagy egy résiének impregnálására annak bemerítésével használunk, és amely az oxidatív reakció feltételei között megolvad vagy felbomlik és ezzel biztosítja a szükséges oxiláló összetevőt. A folyékony oxidálószerek példái között kell említeni a kis olvadáspontú üvegeket.

A találmányt a továbbiakban mindenek előtt előmirta alkalmazása mellett ismertetjük, amely különösen alkalmasnak bizonyult az alakos munkadarabok előállítására. Nyilvánvaló azonban, hogy a találmány szerinli eljárás foganatosítható laza szerkezetű töltőanyagok esetében is.

Az előmintát olyan porózus vagy permeábiHs szerkezetben kell létrehozni, hogy a zon a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer áthatolliasson. Ez annyit jelent, hogy az előminta anyaga nem akadályozhatja meg az oxilatív reakció létrejöttét. Ugyanakkor az előmintának olyin mértékben kell permeábilisnak lennie, hogy az oxidációs reakciótermék anyagába behatolhasson, de létrejötte során az előminta szerkezetét, geometriáját ne zavarja, ne tehessen tönkre vagy tonsa le valamilyen más módon. Ha az előmintában szilárd és/vagy folyékory halmazállapotú oxidálószer is jelen van a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószeren kívül, az előmintának elegendően porózusnak vagy permeábilisnak kell lennie ahfoz, hogy a szilárd vagy folyékony halmazállapotú oxilálószer jelentlétében keletkező oxidációs reakciótermék se rontsa le szerkezetét. Ennek megfelelően az elő ninta vagy a permeábilis szerkezetű előminta olyan készítményt jelent, amely az előzőek értelmében a kívánt permeabilitású és/vagy porozitású, hacsak a leírás mást nem említ.

Az előminta kialakítására a hagyományos módszerek mindegyike jól használható. így a fröccsöntés, szedimentációs öntés, a vákuumformázás vagy más technológiák révén, amelyekkel itt nem foglalkozunk, az előminta létrehozható. Mint már említettük, az élőmül tában jelen lehetnek a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer hatását kiegészítő szilárd és/vagy folyékony halnazállapotú oxidatív összetevők. A permeábilis szerkezetű előmintát legalább egy meghatározott határfelülettel kell létrehozni, olyan szerkezetben, hogy alakját megtartsa, nyers állapotban elegendően szilárd legyen, de egyúttal alakját a kerámia mátrix kialakulása után is megőrizze. A permeábilis szerkezetű előmintának azonbar biztosítania kell a növekvő polikristályos reakciótennék befogadását. Ez annyit jelent, hogy a fém alapanyagnak az előminta anyagát nedvesítenie kell, mivel ez a feltétele annak, hogy az előminta belsejében az oxidációs reakciótermék az előminta anyagát befogadó szerkezetben jöjjön létre, tehát nagy szerkezeti integritású, szilárd anyagú kerámia test alakulhasson ki.

Az előminta alakjával, méreteivel szemben különleges megkötések nincsenek. Az egyetlen feltétel, hogy az előnintának a fém alapanyag fémes felületéhez közel kel: elhelyezkednie és legalább egy felületén olyan gátló

198 429 elem legyen elrendezve, amely a polikristályos mátrixként növekvő reakciótennék kifejlődése számára határfelületet jelent. így például az előminta lehet félgömbszerű, a fém alapanyaggal sima felületen kapcsolódó, amikor is a dómszerű határfelület azt a felületet jelöli g ki, ameddig a polikristályos mátrix növekszik. Ha az előminta kocka alakú és egyik oldalfelülete a fém alapanyag felületével érintkezik, akkor a fennmaradó öt felület az, amely a növekvő polikristályos reakciótermék számára határfelületet jelent. A polikristályos jq szerkezetű kerámia mátrix, vagyis az oxidativ reakció során létrejövő anyag átnövi az előminta permeábilis anyagát, infiltrációja révén ez utóbbit magába fogadja, a kialakuló test a gátló elemig terjed, szerkezetében az előminta anyaga az eredeti szerkezetet megőrzőén j g marad fenn.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során a permeábilis szerkezetű előmintát különböző anyagokból lehet létrehozni. Ilyenek a kerámia és/vagy fém szemcsék, porok, szálak, huzalok, rudak, pálcikák, részecs- 20 kék, üreges testek vagy gömbök, gyapotszerű képződmények, golyók stb., illetve ezek kombinációi. Az előminta készülhet laza vagy tömör szerkezetben, lehetnek benne járatok, nyílások, egymással kapcsolódó üres terek vagy hasonlók, olyan pórusok, amelyek biztosít- 25 ják az oxidálószerrel szembeni permeabiütását és a fém alapanyag megolvasztott állapotban történő behatolását, vagyis azokat a feltételeket, amelyek révén az oxidációs reakciótermék az előminta konfigurációjának lerontása nélkül képes növekedni. Az előminta anyagába 30 beépíthetők rácsszerű szerkezetben merevítő rudak, csövek, lemezek, huzalok, szálak.'golyók, gömbök vagy más szemcsék, szövetgyapotok, tűzáló anyagú szövött termékek vagy hasonlók, valamint az említettek tetszőleges kombinációi, ha alkalmasak a kívánt alak biztosi- 35 tására. Az elő mintában alkalmazott összetevők lehetnek homogének és heterogének is. Ha szemcsés anyagokat használunk, például kerámia porokat, akkor azokat alkalmas kötőanyaggal formázzuk, vigyázva arra, hogy ez a kötőanyag a reakció feltételei között ne okozzon 40 zavart, illetve az összetett szerkezetű kerámia testben annak tulajdonságait lerontó maradványai ne legyenek.

Az előminta anyagát pl. szilícium-karbidból vagy alumínium-trioxidból formázzuk, a porok szemcsézettségi tartományával kapcsolatban nincsenek különös megkötések, a 10... 1000 mesh tartomány jól használható, a különböző szemcsézettségű frakciók és típusok keverékben ugyancsak megfelelnek a célnak. A szemcsés anyagokat ismert, hagyományos technológiák szerint 50 önthetjük is, például belőlük szerves kötőanyag felhasználásával zagyot készítünk, ezt öntőmintába öntjük, majd az így kapott terméket pihentetjük, szárítjuk, megemelt hőmérséklettel kezeljük.

A permeábilis szerkezetű előminta, illetve a töltőanyag permeábilis szerkezetű ágyának kialakításában alkalmazható anyagoknak nagyjából 3 osztályát különböztethetjük meg.

Az előminta, illetve a töltőanyag létrehozásához θο használható anyagok egyik alkalmas osztálya azokat a vegyületeket öleli fel, amelyek a kerámia test előállítási folyamatának hőmérsékletén és oxidáló környezetében nem illékonyak, jó termodinamikai stabilitást mutatnak és a fém alapanyaggal, annak olvadt állapotában nem lépnek reakcióba, abban nem oldódnak. A szakember az ilyen kritériumoknak eleget tevő anyagok sokaságából tud választani. Jól ismert, hogy alumínium esetében és levegőt vagy oxigént oxidálószerként feltételezve a töltőanyag lehet például fémoxid, mint alumínium-trioxid (A1₂O₃), kalcium- oxid (CaO), cérium-dioxid (CeO₂), hafnium-dioxid (HfO₂), lantán-trioxid (La₂O₃), lítiumoxid (Li₂O), magnéziumoxid (MgO), neodímium-trioxid (Nd₂O₃), prazeo(íínium különböző oxidjai, szamárium-trioxid (Sm₂O₃), szkandium-trioxid (Sr^Oj), tórium-dioxid (ThO₂), nrán-dioxid (UO₂), ittrium-trioxid (Y₂O₃) és cirkóiium-dioxid (ZnO₂); ugyancsak alkalmas töltőanyagok a magasabb rendű (binér, temér stb.) fém vegyületek, mint például a magnézium-alumínium-oxid-spinell (MgO’Al₂O₃), valamint a különböző tűzálló vegyületek, anyagok.

Az alkalmas töltőanyagok második osztályába azok t vegyületek tartoznak, amelyek az oxidativ reakció feltételei és mindenekelőtt nagy hőmérséklete mellett ugyan nem teljes mértékben stabilisak, de degradációt folyamatuk viszonylag lassú kinetikával zajlik és amelyek t növekvő kerámia test töltőanyagaként abba beleépüllietnek. Ezeknek az anyagoknak egyik tipikus példája £ szilícium-karbid (SiC), amely az oxidativ reakció feliételei között — alumíniumot és oxidálószerként oxigént vagy levegőt használva - teljes mértékben oxidálódni képes lenne, ha nem alakulna ki rajta a szűícium-dioxidnak olyan rétege, amely az oxidációs folyamatot lelassítja, esetleg megállílja. A szüícium-dioxidból álló védőréteg hatására a szilícium-karbid részecskék szinterelődhetnek, egymással összekapcsolódhatnak és ugyancsak kapcsolódni tudnak a töltőanyag esetleges más részecskéivel.

A töltőanyag harmadik osztályát azok az anyagok alkotják, amelyek termodinamikai vagy kinetikai meggondolások szerint nem lennének képesek a találmány szerinti eljárás foganatosításakor létrejövő oxidativ reakció feltételeit túlélni, illetve anyagi integritásukat a megolvasztott fémmel való érintkezéskor megőrizni, de amelyek felhasználhatók azért, mert a találmány szerinti eljárás foganatosításakor anyagi minőségüket egy ideig képesek megőrizni. Ezek az anyagok azonban az eljárásba bevihetők, ha (1) az oxidativ környezetet kéréssé aktívnak választjuk, pl. gáz halmazállapotú oxidálószerként H₂/H₂O, illetve CO/CO₂ keveréket használunk, ralamint (2) az alkalmazott anyag részecskéit olyan bevonattal látjuk el, pl. ahimínium-trioxidból, amely a reakció feltételei között az anyagot kinetikáikig reakcióképtelenné teszi. Ezeknek egyik példája a szénszál, amely fém alapanyagként alumíniummal együtt haszr álható. Ha az alumíniumot levegővel, illetve oxigénnel, pl. 1250 °C hőmérsékleten oxidáljuk és ezzel karbonszálakat tartalmazó előmintát átjáró mátrixot kívánunk előállítani, a karbonszál alkalmas mind az alumíniummal, mind pedig az oxidáló környezettel való reakcióra, vagyis alumínium-karbid (Al4C₃), illetve szén-monoxid és szén-dioxid (CO és CO₂) keletkezik. Ezek a nemkí10

-101

198 429 vánatos reakciók elkerülhetők, ha a karbonszálat például alumínium-trioxiddal vonjuk be, aminek révén sem a fém alapanyaggal, sem pedig az oxidálószerrel nem tud reakcióba lépni. A karbonszálnak az oxidálószerrel való reakcióját úgy is korlátozhatjuk, hogy oxidálószerként CO/CO₂ keveréket használunk, amely alkalmas az alumínium oxidálására, de kevéssé képes a karbonszálat megtámadni.

A találmány szerinti eljárás foganatosítás módjaihoz szükséges előminta készülhet akár egyedi darabként, akár pedig olyan előminták együtteseként, amelyek bonyolultabb alakzatot határoznak meg. A vizsgálatok során kitűnt, hogy ha az előmintákat egymással érintkeztetjük, akkor a polikristályos kerámia mátrix növekedése során az előminta egymással érintkező részeit fokozatosan átnövi és egységes szerkezetű, szilárd felépítésű összetett szerkezetű kerámia test alakul ki. Az előmintákat általában úgy rendezzük el, hogy az oxidációs reakciótermék növekedése során minden egyes elemet átjárhasson, annak anyagát magába építhesse mindaddig, amíg az előminták határfelületét meghatározó gátló elem teljes felületét ki nem töltötte. így az összetett szerkezetű komplex alakú kerámia termékek egységes munkadarabot alkothatnak, elegendő az egyes alkotóelemeket megmintázni, a kerámia anyag az egymáshoz illeszkedő elemek átnövésével létrehozza azt a munkadarabot, amelyet a hagyományos formázási technikákkal kerámia anyagból aligha lehetett előállítani. Ennek megfelelően az előminta fogalmába mindazok az elrendezések tartoznak, amelyek a folyamat feltételei között, az oxidatív reakció eredményeként keletkező anyaggal átjárhatók és amelyek egyedül vagy együttesen a kivánt alakot adják.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során célszerűnek bizonyult a fém alapanyaggal együtt dópoló anyagok alkalmazása is. Ezek kedvezően képesek az oxidatív reakció feltételeit befolyásolni és különösen sok közül lehet választani akkor, ha a fém alapanyag alumínium. A dópoló anyag feladata, illetve alkalmazásának céljai számos olyan tényezőtől függhetnek, amelyek közvetlenül nem kapcsolódnak magához a fém alapanyaghoz. így például kettő vagy több dópoló anyag felhasználása esetén figyelembe kell venni ezek egymásra hatását, a fém alapanyagra felvitt külső dópoló réteg esetében a dópoló anyag jelenlétét a fémben, illetve a bevonat felületi sűrűségét, az oxidálószert és a folyamat teljes környezetét.

A fém alapanyaggal együtt alkalmazott dópoló anyag, illetve dópoló anyagok bevitelének lehetőségei a következők: (1) a fém alapanyag ötvöző anyagát adják, (2) a fém alapanyag felületének legalább egy részét borítják, (3) a töltőanyag vagy előminta egészében vagy annak egy részében vannak eloszlatva. Ezek a lehetőségek egymást kiegészítőleg is alkalmazhatók, így célszerűnek bizonyult az a megoldás, hogy a dópolő anyagot ötvöző összetevőként bevisszük a fém alapanyagba és egyúttal a töltőanyagba egy vagy több dópoló anyagot keverünk. Ezekkel együtt lehetséges a fém alapanyag felületének egy részére is megfelelő dópcló anyag felvitele. Az előmintát általában úgy is ki egészíthetjük a dópoló anyagokkal, hogy azok közül egye' vagy többet tartalmazó réteget viszünk fel az előminta felszínére, ilyen réteget alakítunk ki az előminti belsejében, esetleg felhasználva a belső nyílásokat , járatokat, kapcsolódó tereket és hasonlókat, de egyúttal biztosítva a permeabilitást. A dópoló anyag egyik legegyszerűbb alkalmazási módja az, hogy a töltőanyag ágya', illetve az előmintát a dópoló anyagból vagy anyagokból készült folyadékkal, például oldattal egyszerien átitatjuk. A dópoló anyag forrása lehet olyan merev test is, amelyet a fém alapanyag felszíne és az elúminti között helyezünk el, ezekkel legalább rétzber. kapcsolatba hozva. így például szilíciumot tartalmazó vékony üvegréteget használhatunk a fém alapanyag íel> letén, amivel az alumínium fém alapanyag oxüath reakcióját kedvezően befolyásoló szilíciumot vihetünk a reakcióba. A fém alapanyagot, adott esetben bekőkg magréziummal dópolt alumíniumot ilyenkor a szilíciumot tartalmazó anyaggal bevonunk és oxidatív környezetben, adott esetben levegő jelenlétében felhevítjük (ez alumíniumnál a 850 °C és 1450 °C közötti, előnyösen pedig a 900°C és 1350°C közötti értéktartományba eső hőmérsékletet jelent). Ilyenkor a polikristályos kerámia szerkezet növekedési folyamatának ütemében a dópoló anyag a fém alapanyaghoz keveredik. Ha a dópoló anyagot a fém alapanyag felületének egy részén helyezzük el, a polikristályos oxid. struktúra általában a permeábihs szerkezetű előmintában a dópoló anyag rétegét átnőve, vagyis a dópoló anyag által elfoglak réteg mélységén túlnőve alakul ki. Ezen kívül a fém alapanyagba ötvözőként bevitt és/vagy a fém alapanyaghoz kívülről alkalmazott dópoló összetevőkön kívül megfelelő anyagokat az előminta anyagába is keverhetünk. Ennek megfelelően a fém alapanyagba bevitt dópoló összetevők és/vagy a fém alapanyag felületén elrendezett dópoló anyagok koncentrációját az előmintába vagy a töltőanyagba bekevert dópoló összetevők mennyiségével kiegészíthetjük, beállíthatjuk, illetve fordítva, a töltőanyagban esetleg jelen levő kis mennyiségű dópoló anyagot szükség esetén a fém alapanyaghoz adagolt összetevők hatásával egészíthetjük ki.

Alumíniumot mint fém alapanyagot használva, ha az oxidáiószer levegő,.a különösen jól használható dópoló anyagok a magnézium és a cink, amelyek hatásait a továbbiakban leírt egyéb anyagok előnyösen fokozzák. Ezeket a fémeket vagy megfelelő forrásaikat az alumínium alapú kiindulási fémbe ötvöző összetevőként visszük be, részarányuk a létrejövő anyag tömegéhez viszonyítva 0,1 ...10 tf%, mindegyikre külön-külön. A dópoló anyagok koncentrációját általában olyan egyéb tényezőktől függően határozzuk meg, mint a dópoló anyagik koncentrációja, az alapanyag, az oxidatív reakció lefolytatásának feltételei. A megfelelően választott koncentrációban jelen levő dópoló anyag elősegíti a kerámia anyag növekedését, a fémes alapanyag transzportját és hozzájárul ahhoz, hogy az oxid ációs reakció eredményeként kapott kerámia anyag növekedési morfológiája kedvező legyen.

A polikristályos oxidációs reakciótermék növekedé11

-111

198 429 sét, különösen alumínium alapanyagra épülő és oxigéntartalmú oxidálószerrel, így például levegővel létrehozott rendszerekben számos más anyag is képes kedvezően befolyásolni. A hasznos dópoló fémek között van például a szilícium, a germánium, az ón, és az ólom, különösen magnéziummal vagy cinkkel kombinálva. Ezeket a fémeket vagy alkalmas forrásaikat az alumínium alapanyagba úgy ötvözzük, hogy a kapott anyagban részarányuk 0,5...15 tf% legyen. A tapasztalatok azt mutatják azonban, hogy a lég óbb növekedési kinetikai és növekedési morfológiai hatásokkal akkor lehet számítani, ha ezek a dópoló anyagok az ötvözetben 1 ...10 tf%-os arányban vannak jelen. Az ólom ugyan hasznos dópoló anyag, de csak nehezen ötvözhető az alumíniumba, ebből a célból legalább 1000 °C hőmérsékletet kell biztosítani, mivel egyébként oldékonysága alumíniumban nagyon kicsi. Ismert viszont az a megoldás, hogy az ólmot más ötvöző összetevőkkel, különösen ónnal együtt visszük be, ami oldhatóságát jelentősen javítja és biztosítja, hogy az.ötvöző összetevőt alacsonyabb hőmérsékleten tudjuk az alumíniumba bevinni.

Az adott feltételektől függően a dópoló anyagok száma egynél nagyobb is lehet. így alumínium mint fém alapanyag és levegő mint oxidálószer alkalmazása esetén a dópoló anyagok különösen kedvező kombinációi a következők: (a) magnézium és szilícium, (b) magnézium, cink és szilícium. Ezekben az esetekben a magnézium célszerű mennyisége általában 0,1...3 tf%, cinkre az 1 ...6 t% tartomány, míg szilíciumra az 1...10 tf% koncentrációtartomány bizonyult különösen célszerűnek.

Az alumínium fém alapanyag tulajdonságainak szükség szerinti befolyásolását biztosító további dópoló anyagok példái a nátrium, lítium, kalcium, bór, foszfor és ittrium, amelyek szintén felhasználhatók külön-külön vagy kombinációban egy vagy több más dópoló anyaggal is, az oxidálószertől és a folyamat feltételeitől függően. A nátrium és lítium részaránya általában igen kicsi, az esetek többségében legfeljebb 0,1.. .0,2 ezrelék; ezek külön és együtt vagy más dópoló anyagokkal kombinálva használhatók. A ritkaföldfémek, mint például cérium, lantán, prazeodímium, neodímium és szamárium különösen más dópoló anyagokhoz keverve szintén jó dópoló anyagok.

Mint már említettük, a dópoló anyag bevezetésének nem egyetlen módja a fém alapanyag ötvözése. A dópoló anyagot, akár egy vagy több fémes vagy nem fémes öszszetevőből áll, célszerű lehet vékony rétegben felvinni a fém alapanyag felületére vagy felületének egy részére. Ezzel ugyanis lokálisan lehet a fém alapanyagból keletkező kerámia test növekedését befolyásolni, a kerámia szerkezet polikristáíyos összetevője a kijelölt felületeknél a többieknél erőteljesebben képes a töltőanyag rétegébe, illetve az előmintába átnőni. A polikristáíyos szerkezetű kerámia anyag növekedési folyamatát tehát a dópoló anyag lokalizált elrendezésével is elő lehet segíteni, amikor a töltőanyag vagy elő minta kijelölt felületénél beépített dópoló anyag hatására a töltőanyag ágyába, illetve az elő mintában, az anyag növekedése szabályozott módon zajlik. A dópoló anyagot tartalmazó bevo12 rat vagy réteg általában viszonylag vékony, különösen, fa az elkészítendő kerámia termék méreteihez viszonyítjuk és ezért az oxidációs reakciótermék növekedése során hatásosan képes a dópoló anyag rétegén áthatolni, sokkal vastagabb lesz, mint amilyen mélységet a dópolóínyag rétege elfoglal. A dópoló anyag rétegét kialakíthatjuk festéssel, szórással, gőzölögtetéssel, szitanyomással vagy más olyan módszerrel, amely alkalmas a szükséges vastagságú réteg létrehozására. Különösen célszerű a szuszpenziók vagy paszták alkalmazása, de adott esetben a szilárd szemcsés dópoló anyag vagy vékony uvegszerű rétege, esetleg filmje az előminta, illetve a töltőanyag felületével érintkezve is elhelyezhető. A dópoló anyagban lehetnek szerves vagy szervetlen kötőrnyagok, vivőanyagok, oldószerek és/vagy egyéb szerkezeti anyagok. A fém alapanyag felületére felszórt, szzal jól kötődő bevonatot alkotó porszerű dópoló tnyag szintén ismert megoldás vagy a porlasztásos felvitel is alkalmazható a felület egészére vagy csak egy részére. A folyékony szuszpenzió, amely vízzel és szükség szerint szerves kötőanyaggal készült szórással 'ihető fel a fém alapanyag, a töltőanyag vagy az előininta felületére, belőle az oldó-és kötőszer nedves öszszetevőjének elpárologtatása után jól tapadó bevonat ; lakul ki, amely az előmintának és a fém alapanyagnak r megmunkálás előtti kezelését nem zavarja.

A kívülről felvitt dópoló anyagok általában a felület egy részét borítják, a fém alapanyagon kialakított egységes vastagságú rétegben. A tapasztalat szerint a dópoló anyag mennyisége igen széles értéktartományban változhat, például fém alapanyagként alumíniumot használva a kísérletek során nem sikerült olyan alsó vagy felső határt meghatározni, amely alatt, illetve fölött a dópoló anyag hatása nem lenne észlelhető. így például úumíniumot és magnéziumot tartalmazó fém alapanyag esetén, ha az oxidálószer levegő vagy oxigén, a szilíciumilioxid réteg alkalmas arra, hogy szilícium fonása legyen. Az egyik mérés szerint a fém alapanyag minden grammjára viszonyított 0,00003 g szilícium, vagy ami evvel egyenértékű, a fém alapanyag felületének minden négyzetcentiméterére felvitt 0,0001 g szilícium megfelelő dópoló hatást fejt ki. Ebben az esetben a dópoló anyagot a felület egészére vagy csak egy részéte visszük fel, és a felületi részarány a dópoló anyaggal bevont fe’ületre vonatkozik. Egy másik kísérletben alumíniumot ás szilíciumot tartalmazó fém alapanyagból oxigén vagy levegő mint oxidálószer jelenlétében alakítottunk ki kerámia struktúrát és azt találtuk, hogy a magnézium, nint dópoló anyag magnézium-oxid (MgO) formában nár a fém alapanyag minden grammjára számított 1,0008 körüli mennyiségben, vagy ami ezzel egyenértékű, a magnézium-oxid dal bevont felület minden négyzet centiméterére felvitt kb. 0,003 g magnézium a kiránt hatást kifejtette. Úgy tűnik, hogy a dópoló anyagok nennyiségének növelése egy bizonyos határig az összetett szerkezetű kerámia test előállításához szükséges eakció időtartamát csökkenti, de ez a hatás nem egyértelmű, függ a dópoló anyag minőségétől, a fém alapínyagtól és az oxidativ reakció feltételeitől.

-121

198 429

Amikor a fém alapanyagot alumíniumként választjuk meg és ezt ötvöző összetevőként magnéziummal dópoljuk, míg az oxidálószer levegő, vagy más oxigénnel mint oxidáló hatású gázzal kialakított keverék, esetleg tiszta oxigén, megfigyelhető volt, hogy a magnézium a 820 °C és 950 °C közötti hőmérséklettartományban legalább is részben oxidként eltávozik az ötvözetből. A magnéziummal dópolt rendszerekben ennek megfelelően ilyen feltételek között a megnéziumból magnézium-oxid és/vagy magnézium-aluminát-spinell fázis alakul ki a megolvadt alumínium felületén és a növekedési folyamat során ezek a magnézium vegyületek a fém alapanyag kezdeti oxidatív felületén - ezt például iniciálé felületnek nevezhetjük - maradnak meg. Helyzetüket tehát az összetett szerkezetű kerámia anyag növekedése során nem változtatják. A magnéziummal dópolt alumíniumból készült kerámia munkadaraboknál tehát az alumínium-trioxid alapú kerámia struktúra lényegében az iniciáló felületet létrehozó magnézium-aluminát-spinell vékony rétege mögött alakul ki. Ha kívánatos, ezt az iniciáló felületet viszonylag egyszerűen el lehet távolítani, például csiszolással, megmunkáló szerszámmal, polirozással, esetleg homokfúvással.

A találmányt a továbbiakban példakénti foganatosítási módok kapcsán, konkrét munkadarabok előállítására hivatkozva ismertetjük részletesen, amikor is a csatolt ábrákhoz is magyarázatot adunk.

1. példa

Előminta felhasználásával kerámia mátrixnak az előminta anyagába való növesztésével kerámia szerkezetű munkadarabot állítottunk elő, amely kettős fogaskerék alakú (1.—6., 7a. és 7b. ábra). Az előminta (1. és 2. ábra) 10 hátsó fogaskerékből, 12 mellső fogaskerékből és ezeket összekötő 14 hengeres elemből áll, amelyeket szerves kötőanyaggal (Elmer-féle faragasztó enywel) kapcsoltunk össze. Az egyes részelemeket előmintaként hoztuk létre, mégpedig ugyanolyan hagyományosan ismert formázási eljárással: egyenletes keveréket készítettünk szilícium-karbid részecskékből és vízben oldott szerves kötőanyagból (a faragsztó enyv és víz 4:1 arányú keverékéből); az így kapott keveréket szilikongumiból készült öntőmintába helyeztük és levegőben kiszárítottuk. A 10 hátsó és a 12 mellső fogaskerekek 500 grit szemcsézettségű szilícium-karbid részecskékből álltak, amelyeket az említett szerves kötőanyag adott arányú oldatával az öntőmintába való öntés előtt kevertünk ki. A 14 hengeres elemet 220 grit szemcsézettségű szilícium-karbid részecskékből kevertük ki, előállítása a 10 hátsó és a 12 mellső fogaskerékhez hasonlóan történt, de természetesen eltérő alakú öntőmintát használtunk. A 10 hátsó és 12 mellső fogaskerék külső átmérője

76,2 mm volt, míg vastagságuk 14,3 mm. Mindkettő középső részén 16 alakos nyílás volt, amely a körkörös kerületben bemélyedést tartalmazott. A 14 hengeres elem átmérője 41,4 mm, belső átmérője 28,7 mm volt, míg szélessége 8,4 mm. A három viszonylag nagy merevségű komponenst az 1. ábra szerinti a-b tengely mentén egyesítettük, és így az ott látható robbantásos perspektíva szerint a 10 hátsó fogaskerék 9 belső felülettel csatlakozott a 14 hengeres elem 15 felületével, mig all mellső fogaskerék 11 belső felülettel a 14 hengeres elen 13 csatlakozó felületéhez illeszkedett. így 18előmintát hoztunk létre, amelyet a 2. ábra mutat be.

Fém alapanyagként négyszögletes 19 lemezt használtunk (3. ábra), amely 380.1 jelű. a Belmont Metals Inc. Corporation által gyártott, kereskedelmi forgalomban hozzáférhető alumínium ötvözetből áll. A gyártómű szerint ez az ötvözet 8...8,5 t% szilíciumot, 2...3 t% cinket, és 0,1 t% magnéziumot mint aktív dópoló összetevőket tartalmazott, továbbá volt benne 3$ t% réz és kisebb mennyiségben vas, mangán, nikkel. Az ellenó'rzö mérés szerint a magnézium részaránya adott esetben 0,17...0,18 t%-ot is elért. A 19 lemez mintegy 130 mm hosszú és 105 mm széles volt. Vastagsága kb. 8 mm volt, benne a geometriai középpont tartományában nagyjából körkörös nyílás volt kialakítva. A 19 lemezt félbevágtuk, ezzel a köikörös nyílást is megfeleztük, vagyis 20 és 21 félkör alakú bemélyedéseket kaptunk. A 19 lemezt ezt követően C—D tengely (3. ábra) mentén mozgatva, két félrészből összeállítottuk és így a 14 hengeres elemet takaóan a 19 lemez 20 és 21 félkör alakú bemélyedéseit körré egyesítettük. Ez a kör valamivel nagyobb átmérőjű volt, mint a 14 hengeres elem, ami lehetővé tette, hogy a megmunkálás során az ötvözet hőtágulásának hely maradjon. Az így kapott összeállítást a 4. ábra mutatja

Mint az az 5. ábrán, az 5—5 metszetben látható, az így kapott elrendezés felületére 22 gátló anyagréteget vittüik fel. Ez a 18 előminta külső felületeit és a 14 hengeres elemhez illeszkedően behelyezett 19 lemez szab· dón maradt felületeit borította. Anyaga a St. Loujshan széke lő Bondex Inc. cég által gyártott Bondex máikajelű alabástromgipsz volt, amely mintegy 35 t%-ban kalciumkarbonátból áll. Az alaábstromgipszet vízzel kevertük ki és ezt a zagyot vittük fel a 4. ábra szerint a szabadon marató felületekre. A 19 lemez és a 10 hátsó, illetve a 12 mellső fogaskerék között kialakuló 24 tereket a gátló anyaggal nem töltöttük ki, és ez lehetővé tette az önvözet hőtágulását is. A gátló elemet felvitele után hagytuk kiszáradni, majd szobahőmérsékleten a felesleges nedvesség eltávolításáig pihentettük. Az 5. ábra a 22 gátló anyagréteggel ellátott együttest mutatja be.

Az 5. ábra szerinti elrendezést ezt követően a 6. ábrán bemutatott elrendezésben alumínium-trioxid rósnaakékból álló 25 permeábilis szeikezetű ágyba ágyaztak be. Ez utóbbi anyaga a Norton Co. 90 grit szemcséseitségű El Alundum jelű alumínium-trioxidja volt, amelyet 26 tűzálló anyagú edényben helyeztünk et. Bst a

6. ábrán látható elrendezést levegővel töltött keuencébe helyeztük, amelynek szelepe biztosította a levegő szükség szerinti utánpótlását és amelynek kindtalBS) hőmé -séklete 250 °C volt. Ezt követően a kemence belső terének hőmérsékletét 300 °C/h ütemben emekűk és 1000 ’C-ra állítottuk be. Az oxida tív reakciót ez utóbbi hőméi sékleten folytattuk le, mégjiedig 96 órás iáőtBítammd, ami után az elrendezést még forró áfcqpoíban vettük ki a kemencéből. Ez utóbbi intézkedés célja az

-13198 429 volt, hogy az esetleges alumínium felesleget kiönthessük az edényből, ami megkívánta, hogy a 22 gátló anyagréteg egy részét törjük le és utána az edény megforgatásával az alumíniumot eltávolithattuk.

Az oxidatív reakció feltételei között a 22 gátló anyagréteg, tehát adott esetben az alabástromgipsz teljesen dehidratálódott, a késztermék felületéről könnyen, kis intenzitású homokfúvással eltávolítható, volt, az eltávolítása folyamat egyáltalában nem károsította a kerámia termék felületét.

A kapott munkadarab szerkezetét megvizsgáltuk. Ez azt bizonyította (röntgendiffrakciós vizsgálatok tanúsága szerint), hogy a kapott anyag olyan alumíniumtrioxid alfamódosulatából álló mátrix szerkezet, amely a 18 előminta anyagát a 22 gátló anyagréteggel fedett felületig teljes mértékben kitöltötte, de ezt a felületet egyáltalán nem nőtte túl. A megolvadt ötvözet a 22 gátló anyagréteg alatt oxidbevonatot is képzett, de az oxidbevonaton túl az előmintával nem érintkező tartományokban a megolvadt fém alapanyagból nem alakult ki oxidréteg. A készterméket borító oxidbevonatot könynyen el tudtuk távolítani, erre kis intenzitású homokfúvást alkalmaztunk. A kapott végterméket a 7a. ábra oldalnézetben, a 7b. ábra elölnézetben mutatja.

Ez a példa annak bizonyítéka, hogy az alabástromgipszből készült, tehát nagy mennyiségű kalcium-karbonátot tartalmazó gátló anyagréteg alkalmas az előminta szerkezetét átnövő kerámia mátrix továbbfejlődésének megakadályozására. Azt is bizonyítja, hogy az ilyen gátló anyagréteg felhasználásával nagy pontossággal lehet egy eredeti alakzatot visszaadni. Ezen túlmenően a példa tanúsága szerint az alabástromgipsz képes a megolvasztott fém alapanyag teljes mennyiségét megtartani, a fém nem tud eltávozni a rendszerből, vagyis az oxidatív reakció hatására a fém alapanyag gyakorlatilag teljes mennyisége hasznosítható, az előminta teste a mátrix szerkezetű oxidációs reakciótermékkel jól átjárható.

2. példa összetett szerkezetű hengeres terméket kívántunk előállítani sima belső felülettel, mégpedig egyik végén zárt öntőedény létrehozására. Ebből a célból 76,2 mm hosszú, 25,4 mm belső átmérőjű és 3 mm falvastagságú előmintát hoztunk létre, amelyet kerámia mátrixszal kívántunk kitölteni, míg belső felületét gátló anyagréteggel borítottuk.

Az előminta létrehozása céljából hagyományos öntési technikával zagyot alkalmaztunk. Ez a Norton Co. 1000 mesh szemcsézettségű E67 Alundum jelű alumínium-trioxidjából (47,6 t%), a Georgia Kaolin Union cég EPK jelű kaolin agyagjából (23,7 t%, 98 t%-ban legfeljebb 20 Mm nagyságú szemcsékből állt) és 28,5 t% vízből tevődött össze. Az anyagokat gondosan összekevertük, majd alabástromgipszből készült öntőmintába öntöttük, ahol az öntőminta az előminta kívánt geometriai alakjának felelt meg. A mintegy 20 perces öntési folyamat után az előmintát kinyertük, 90 °C hőmérsékleten kiszárítottuk, majd levegő jelenlétében 30 percen keresztül 700 °C hőmérsékleten előzetesen kiizzítottuk.

Az előminta belső felületeit 70 t%-nyi alabástromgipszből és 30 t% 500 mesh szemcsézettségű sziliciumdioxid részecskékből készített zagyszerű keverékkel vontuk be. Az alabástromgipsz itt is a Bondex cég terméke volt. A bevonat felvitele után hagytuk azt megkötni és a nedvesség feleslegének eltávolítására kiszárítottuk.

Ezt követően tűzálló anyagú fallal határolt edényt részben 380.1 jelű (az 1. példában meghatározott összetételűvel azonos összetételű) alumínium ötvözettel részben kitöltöttük és az ötvözetet megolvasztottuk. Az előmintát cirkónium-dioxid gömböcskékkel (9,5 mm átmérőjű anyaggal) töltöttük ki és a megolvadt alumíniummal töltött tűzálló edénybe merítettük oly módon, hogy a folyékony fém szintje az előminta külső felületét gyakorlatilag teljes egészében körbevette, de maga a fém az előminta belső terébe nem folyt be. A cirkónium-dioxid gömb öcskék feladata ebben az esetben az volt, hogy a folyékony alumíniumban a viszonylag könnyű előmintára ható felhajtóerőt kiegyenlítse, biztosítsa az előminta szükséges mértékű bemerülését a folyékony alumínium ötvözetbe. A megolvasztott fémötvözet felületére először száraz alabástromgipsz port, majd sziliciumdioxid port rétegeztünk és ezzel megnehezítettük a fém alapanyag oxidációs folyamatát az egyébként szabadon maradó felületen keresztül. Az elrendezést kemencébe helyeztük, amelyben szabad levegőáramlást biztosítottunk és 1000 °C hőmérsékleten az oxidatív reakciót 96 órán keresztül folytattuk.

Ezt követően az elrendezést kiemeltük a kemencéből, majd lehűtöttük. A kapott kerámia szerkezetű öntőedényt és a vek kapcsolódó felesleges fémötvözetet a tűzálló anyagú edényből eltávolítottuk, a belső térből kiemeltük a cirkónium-dioxid gömböcskéket, majd a kapott terméket mind felső, mind alsó részén átmetszettük, hogy az összetett kerámia szerkezetet megvizsgálhassuk. Az oxidatív reakció feltételei között dehidratálódott gátló anyagréteget kis intenzitású homokfúvással könnyen eltávolítottuk az átvágott munkadarab belső teréből. A munkadarab ily módon feltárt felületeinek vizsgálata azt bizonyította — erre a célra a kapott anyag röntgendiffrakciós vizsgálatát választottuk —, hogy az előminta anyagát az alumínium-trioxid alfa-mődosulatából létrejött mátrix teljes mértékben átjárta, az infiltráció az előminta belső felületét borító gátló anyagrétegig történt meg, a kerámia mátrix a gátló anyagréteggel meghatározott felületet nem lépte túl. A keresztmetszetet a 8. ábra mutatja be, amelyben látható, hogy reakcióban részt nem vett 30 alumínium 32 összetett szerkezetű kerámia test belső felületét veszi körül. Ez utóbbi 34 belső felülete viszont, amelyet a gátló anyag rétegével borítottunk be, sima és mindenféle átnövéstől mentes, vagyis ezzel a módszenei a belső falfelület nagy pontossággal adható vissza. Az ötvözet feleslegét az együttes megolvasztásával könnyen el lehet távolítani, a tapasztalat szerint az olvasztott alumíniumból a kerámia test mindenféle károsodás nélkül és szerkezeti degradáció nélkül eltávolítható.

Az eltávolított gátló anyagréteget is röntgendiffrak-141

198 429 ciós módszerekkel megvizsgáltuk. Az összetétel mérésével kapott eredmények szerint a gátló anyagréteg elsősorban kalcium-sziKkátból állt, benne a kalcium-szulfát kis mennyisége és alfa-kvarc módosulatban kis mennyiségben szilícium-dioxid volt jelen.

3. példa

Egyik végén nyitott könyökcső alakú kerámia terméket kívántunk előállítani, amelynek másik vége zárt, míg külső felülete sima volt. Itt is a találmány szerinti kerámia növesztés eljárást alkalmaztuk.

Szedimentációs öntéssel, ismert módon előmintát hoztunk létre. Az erre szolgáló egyenletes eloszlású keverék 67 t%, 500 mesh szemcsézettségű alumínium-trioxidot (a Norton Co. 38 Alundum jelű termékét), 30 t%, 200 mesh szemcsézettségű, ugyancsak a 38 Alundum jelű termékből álló alumínium-trioxidot és 5 t%, 500 mesh szemcsézettségű fémes aprított szilíciumot tartalmazott. Ezt az 1. példának megfelelően faragasztó enywel mint kötőanyaggal kevertük ki, a zagyszerű keveréket szilikongumiból készült öntőmintába juttattuk és hagytuk leülepedni. Ezt követően a megszilárdult előmintát kiemeltük az öntőmintából, szárítással a nedvesség feleslegét eltávolítottuk és 1300 °C hőmérsékleten 2 órán keresztül az élőmintát előzetesen kiégettük.

Az előminta külső felületére ezt követően gátló anyagréteget vittünk fel, mégpedig oly módon, hogy a felületet mintegy 0)2 mm vastagságban 50 t% alabástromgipszből (a Bondex cég terméke) és 501% alumínium-trioxidból (500 mesh szemcsézettségű 38 Alundum, a Norton Co. terméke) keveréket tartalmazó zagyot kentünk fel. A gátló anyagréteget hagytuk megszilárdulni, majd ezt követően a nedvesség feleslegét szárítással eltávolítottuk. A bevonattal ellátott előmintát helyeztük tűzálló anyagú edénybe és megtámasztásához 12...18 mm átmérőjű tűzálló alumínium-trioxid gömböcskéket használtunk. Az előminta nyitott végét az alumínium gömböcskékkel fehöhöttük.

Az így kapott elrendezést kemencébe helyeztük és 1000 °C hőmérsékletre melegítettük, amit az oxidatív reakció hőmérsékletének választottunk. A kemencét ekkor kinyitottuk és megolvadt állapotban 380.1 jelű alumínium ötvözetet öntöttünk az előminta belső terébe (az ötvözet összetétele azonos az 1. példában megadottal), az előminta belső terét az ötvözettel teljes mértékben kitöltöttük, vagyis az előminta belső felülete teljes egészében érintkezett a megolvadt fém alapanyaggal.

Az így kapott elrendezést a kemence lezárása után 96 órán keresztül tartottuk az oxidatív reakció 1000 °C hőmérsékletén, majd forró állapotban a kemencéből eltávolítottuk, a fémötvezet feleslegét belőle kiöntöttük. A kapott kerámia anyag belső teréből a fém jól eltávolítható volt.

A kerámia szerkezetű csőszerű elemet lehűtöttük, a külső felületről kis intenzitású homokfúvásai a gátló anyag rétegét eltávolítottuk. Ezt követően a nyitott végtől mintegy 7 mm távolságra a kerámia anyagú csövet átvágtuk. A keresztmetszetet röntgendiffrakciós elemzésnek vetettük alá és ez azt bizonyította, hogy a csőfal anyagát teljes mértékben alumínium-trioxid alfa-módosulatú részecskékből álló mátrix alkotta, amely a gátló anyagrétegig az előminta anyagát teljes mértékben átnőtte. A 9. ábra a kapott termék külső felületét mutatja, és ez azt bizonyítja, hogy a gátló anyagréteggel fedett felület nagy simaságú volt, rajta a kerámia anyag nem növekedett túl.

A kapott termékről eltávolított gátló anyagréteg szerkezeti vizsgálatát is elvégeztük. Ez azt bizonyította, hogy a gátló anyagréteg a nyagát túlnyomórészt kalciumalumínium oxi-szulfát (Ca₄ Al₆0i₂S0₄) alkotta, amelyben kisebb mennyiségben alfa-módosulatú alumíniumtrioxid és a reakcióban részt nem vett kalcium-szulfát volt jelen. A szerkezeti vizsgálatok arra engednek következtetni, hogy a gátló anyagréteg a reakció feltételei között átalakul.

4. példa

Lánckerék alakú előmintát készítettünk és ennek alapján kívántunk kerámia szerkezetű munkadarabot előállítani, ahol a gátló anyagréteg alkalmazásának célja a pontos geometriai alakzat biztosítása volt.

Az előmintát az 1. példában ismertetett 10 hátsó és 12 mellső fogaskerékkel azonos méretekben és alakban hoztuk létre, mégpedig hagyományos szedimentációs öntési eljárással, amikor is szilrcium-karbid résecskéket gondosan kikevertünk az 1. példában ismerteteti faragsztó enywel mint szerves kötőanyagagai. A keveréket szilikongumiból készült öntőedénybe töltöttük és 6 óráig pihentettük. Az így megkötött anyag felületéről a vizet eltávolítottuk, majd az előmintát kiszárítottuk Az 1. példában ismertetett névleges összetételű 380.1 jelű alumínium ötvözetből készült korong egyik felületén egyenletes rétegben 2,0 mesh szemcsézettségű szilícium-fém 2...3 grammnyi mennyiségét oszlattuk et ahol a korong átmérője 88,9 mm, vastagsága 12,7 mm volt. A merev szerkezetű előmintát az öntőmintából kinyertük és az ötvözeten elhelyeztük, ahol a szilícium rétege az előminta és a fém alapanyag között helyezkedett el. Az elrendezésben lényegében az 1. ábra szeren 9 belső felületnek megfelelően helyeztük el a fém alapanyagot és az előmintát. Ennek megfelelően a fém ötvözet és az előminta egymással körkörös felület menten érintkezett.

Az így kapott elrendezést minden szabad felületen gátló anyagréteggel borítottuk be. Ez utóbbit a Bondex gyártmányú alabástromgipszből 25 t%-ot, a Keystone cég (Bath) által gyártott 1 típusú portlandcementbei 25 t%-ot, a CED Minerals által CrystobaSte név alatt forgalmazott 200 mesh szemcsézettségű sziftcium· dioxidból 25 t%-ot és a Norton Co. 36 grítes 38 Alundum jelű alummium-trioxidjából 25 tf%-ot tartalmazó keverék és víz zagyából készítettük el. Ezt a zagyot kikeverés után 1,4...1,6 mm vastag rétegben vittük fe i szabad felületekre, hagytuk megkötni, majd a nedvesség eltávolítása céljából szárítottuk. A gátk> auva^eteggel bevont együttest ezt követően tűzálló edényben 24 grítes szilícium-karbid részecskékből illő ágy felületére helyeztük.

-151

198 429

A kapott elrendezést ezt követően kemencébe helyeztük, ahol levegő jelenlétében, a szükséges levegőmennyiség megfelelő szelepen történő utánpótlása mellett 900 °C hőmérsékleten előmelegítettük. Ezt követően a hőmérsékletet 80 órán keresztül tartottuk 900 °C értéken, majd 5 óra alatt az együttest szobahőmérsékletre hűtöttük. A kemencéből kivett elrendezésből a kerámia terméket eltávolítottuk. A gátló anyagréteget könnyen el lehetett vinni a felületekről, erre elegendő volt a kis intenzitású homokfúvás, majd a kerámia anyagú lánckerék felületéről az ötvözet feleslegét eltávolítottuk, A 10. ábra a kapott végterméket elölnézetben mutatja, bizonyítja, hogy a gátló anyagréteggel ellátott felületeken az alumínium-trioxidból álló mátrix nem nőtte túl a felületeket. Néhány helyen ugyan kis mértékű kidudorodások látszanak, de ezek a gátló anyagréteg tökéletlenségeire, például repedéseire vagy légzárványok jelenlétére vezethetők vissza és semmiképpen sem annak következményei, hogy a gátló anyagrétegbe a fém alapanyag behatolt.

5. példa

A 4. példával azonos felépítésű elrendezésben ugyancsak lánckereket kívántunk előállítani kerámia anyagból. Az előminta anyaga ugyanaz volt, de a gátló anyagréteget ezúttal a Keystone Co. által gyártott 1. típusú portbndcementből hoztuk létre.

A portlandcementet vízzel kikevertük, majd a zagyot a Iánckereket mintázó előminta és a 380.1 jelű alumíniumötvözetből, valamint szilícium rétegből álló fém alapanyag szabad felületeire vittük fel, mégpedig 1,4...

1,6 mm vastagságban. A gátló anyagréteget hagytuk megkötni, majd a nedvesség feleslegét szárítással távolítottuk el. A bevonattal ellátott elrendezést a 4. példához hasonlóan tűzálló anyagú edénybe helyeztük és ugyancsak 24 mesh szemesézettségű szüícium-karbidból készült ágyra raktuk. Ezt az elrendezést 10 óra alatt melegítettük az oxidatív reakció kívánt 900 °C hőmérsékletére, amelyet azt követően 80 órán keresztül tartottunk. Ezután 5 óra alatt a kemence tartalmát lehűtöttük, az elrendezést kiemeltük. Az ágy felületéről leemeltük a kapott elrendezést, erről homokfúvással egyszerűen és könnyen eltávolítottuk a gátló anyagréteget, majd az összetett szerkezetű kerámia anyagú lánckerék felületéről az ötvözet feleslegét eltávolítottuk.

A kapott munkadarab szerkezetét ugyancsak röntgendiffrakciós eljárással megvizsgáltuk. Azt tapasztaltuk, hogy az előminta térfogatát az alfa-módosulatú alumínium-trioxidból álló anyag teljes mértékben átnőtte, létrejött a kerámia mátrix. A portlandcementből álló gátló anyagréteg képes volt hatékonyan megállítani az oxidációs reakciótermék növekedési folyamatát, egyértelműen kijelölte a határfelületeket. A kapott összetett szerkezetű kerámia anyagú lánckerék elölnézetét fényképen all. ábra mutatja. A 4. példához hasonlóan itt is előfordul egy-két helyen a kerámia anyag túlnövése a gátló elem által meghatározni kívánt felületen, de ezt a gátló anyagréteg hiányosságainak kell betudni és nem az eljárás következménye.

6. példa

Hengeres alakú, nagyjából 83 mm átmérőjű és 603 mm hosszú testet kívántunk előállítani olyan hengeres alakú gátló elemmel, amely a munkadarab külső hengeres alakját határozza meg. A 12. ábra robbantásos formában mutatja a gátló elemet, amely három részből áll melyek anyaga 304 jelű rozsdamentes acél. Ez névlegesen 0,08 t% szenet, 2 t% mangánt, 1 t% szilíciumot, 0,045 t% foszfort, 0,03 t% ként, 18...201% krómot és

8. .12 t% nikkelt tartalmazó vasötvözet. A gátló elem 50 lyukasztott hengerből, 52 szitabélésből és 54 alsó záióelemből állt. Az 50 lyukasztott henger belső átmérője 82,6 mm volt, felületén egyenletesen eloszlatva

1,6 mm átmérőjű nyílások voltak kialakítva, amelyek a he ígér teljes felületének mintegy 40%-át hagyták szabadon a levegő behatolása előtt. Az 52 szitabélés külső átmérője mintegy 82,6 mm volt, vastagsága 2,0 mm, míg benne 0,4 mm átmérőjű nyílások voltak, amelyek a felületnek mintegy 30%-át hagyták szabadon. Az 54 alsó záróelem szintén az említett rozsdamentes acélból állt, míg az 52 szitabélés feladata az volt, hogy megakadályozza a töltőanyag részecskéinek kihullását a kilső hüvelyszerű 50 lyukasztott henger nyílásain kére sztül a megmunkálás során.

A 12. ábra szerint e-f tengjely mentén a gátló elem alkotóelemeit egyesítettük. Ezt követően 660 mm hoszszú és 27,5 mm átmérőjű alumínium rudat felületének te jes egészén mintegy 100 mesh vagy nagyobb szemcsézeítségű szitícium-dioxid részecskékből álló bevonattal Iá tűk el. Az alumínium rúd 10 t% szilícium és 3 t% magnézium dópoló összetevőt tartalmazott, rajta 16 bordaszerű kiemelkedés volt, hosszának kétharmadában, a központi tartományban. A dópoló anyagként alkalmazett szilícium-dioxidot szerves kötőanyaggal vittük fel az alumínium rúd felületére. Az így előkészített rudat a hengeres gátló elem középponti tartományában longitudinálisán helyeztük el. Az így kapott elrendezés szabid felületei által meghatározott teret egyenletesen előzetesen kikevert töltőanyaggal öntöttük ki, amely 951%b:n alumínium-trioxid részecskékből (a Notron Co. 90 mesh szemcsézettségű E38 Alundum jelű terméke) és 5 t%-ban szilícium-dioxidból (túlnyomó részt 1(M) mesh szemcsézettségű anj^agból) állt, ahol a töltőanyag az alumínium rudat körbevette és megtámasztotta.

Az így kapott elrendezést álló helyzetben, az 54 alsó záróelemre támaszkodva tűzálló anyagú edényben helyeztük el. Az edényt kemencébe raktuk és levegő jelenlétében 10 óra alatt 1250 °C hőmérsékletre melegítettük fel. Az oxidatív reakciót ez utóbbi hőmérsékleten 2 25 órás időtartammal hajtottuk végre, eközben biztosítottuk az oxigén utánpótlását, vagyis szelepen kert sztül a levegő szükség szerinti beáramoltatását. A kapott elrendezést mintegy 30 óira alatt szobahőmérsékletre lehűtöttük, majd a kemencéből kivettük.

A folyamat eredményeként olyan összetett szerkez itű, kerámia anyagú hengeres testet kaptunk, amelynek a? alumínium-trioxid alfa-módosulatú mátrixában az alumínium-trioxid töltőanyag részecskéi voltak jelen.

-161

198 429

A hengeres test belső átmérője megfelelt a rozsdamentes acélból készült gátló elem külső átmérőjének és a gátló elem helyén az eredeti fém alapanyag által elfoglalt térnek megfelelő belső üreg maradt. Mivel a gátló elem határozta meg a hengeres kerámia test alakját, a felületet csak legföljebb finomítás céljából kellett lecsiszolni. Ha gátló elemet nem alkalmaztunk volna, a kerámia anyagú munkadarab irreguláris alakú lett volna, amelyből a szabályos alakzatot munkaigényes megmunkálással és le csiszolással kellett volna létrehozni.

7. példa összetett szerkezetű kerámia anyagú blokk előállítása céljából alakos előmintát készítettünk el, amelyet gátló anyagréteggel vontunk be, ezzel biztosítva, hogy a kerámia mátrix növekedése csak egy adott méret és felület eléréséig folytatódhasson.

A mintegy 12,7 mm vastagságú és 50,8 mm oldalélű kockával meghatározott előmintát hagyományos szedimentációs öntési technikával állítottuk elő. Az ehhez szükséges zagy szilárd összetevője 98 t% szflícium-karbidból (ez 70 t% 500 mesh és 30 t% 220 mesh szemcsézettségű részecskehalmaz egyenletes keveréke volt), 1,75 t% kereskedelmi forgalomban beszerezhető latexből (a Bordon Co. Cascorez Latex EA-4177 jelű terméke) és 0,25 t% polivinil-alkoholból állt. A zagyot szilikongumíból készült öntőmintába töltöttük, hagytuk leülepedni, majd levegőben kiszárítottuk. A kiszárított előmintát levegő jelenlétében 24 órán keresztül 1250 °C hőmérsékleten előzetesen kiégettük.

Az 1. példában ismertetett névleges összetétellel jellemzett 380.1 jelű alumíniumból készült hengeres korongot, amelynek átmérője 76,2 mm, vastagsága

12,7 mm volt, felső körkörös felületén —20 meshszemcsézettségű porított szilíciummal borítottunk be. A fémréteg össztömege 2 g volt, a rétegvastagság pedig egyenletes. Az előmintát ezt követően a fém alapanyag fémporral bevont felületére helyeztük.

Az így kapott elrendezést, amely tehát az előmintából és az ötvöző összetevő rétegével ellátott fém alapanyagból állt, külső felületén, vagyis minden szabad felületén, ahol az előminta és a korong között nem volt kapcsolat, gátló anyagréteggel vontuk be. Ez a Vanderbilt R. T. cég (Norwalk) által gyártott Vansil W10 jelű kalcium-sziKkátból készült vizes keverék volt, és ezzel az együttest teljes mértékben bevontuk. A bevonatot hagytuk kiszáradni, majd az így szinte tokozással ellátott együttest szili cium-karbid részecskék rétegébe ágyaztuk. Ezt a réteget 24 mesh szemcsézettségű anyagból tűzálló anyagú edényben hoztuk létre. Az előminta felső bevonattal ellátott négyzetes felülete a környező atmoszféra hatásának volt kitéve és lényegében az ágy anyagának felső szintjében feküdt.

A kapott elrendezést kemencébe helyeztük és mintegy 5 óra alatt biztosítottuk a kij elölt 900 °C hőmérséklet elérését. Ezt követően a kemence belső terében 100 órán keresztül fenntartottuk az oxidatív reakció 900 °C hőmérsékletét, majd 5 óra alatt szobahőmérsékletre vittük le a hőmérsékletet és az elrendezést kiemeltük a kemencéből.

Λ gátló anyagréteggel bevont elrendezést az ágyból kiemeltük és homokfúvással a gátló anyagréteget könynyedén eltávolítottuk.

A kapott munkadarabot röntgendiffrakciós eljárással elemeztük, megállapítottuk, hogy az alumínium anyagú koring oxidációja olyan alfa-módosulatú alumíniumtrioxidból álló kerámia mátrixot eredményezett, amelynek az előmintába való behatolása révén az előminta teljes térfogatát kitöltő, a gátló elem által meghatározót' felületig érő kerámia anyagú termék keletkezett. Az előminta felületéhez képest néhány helyen a kerámia anyag túlnőtt a kijelölt felületen, de ez mindenképpen az alkalmazott gátló anyagréteg tökéletlenségének kell betudni, ez nem a gátló anyagréteg alkalmazásának következménye.

3. példa

AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készítettünk négyszögletes alakú gátló elemet, amelyet ugyancsak négyszögletes alakzatot képező kerámia test előállításán használtunk. A gátló elemet 79 dobozszerű elemként hoztuk létre, amelynek két téglalap alakú 80 és 84 oldalfala volt, ez utóbbiak hossza 241,3 mm, szélessége 63,5 mm volt, míg a dobozszerű elem 86 felső felülete lyukasztott volt, ennek hossza 241,3 mm, szélessége 114,3 mm volt, benne 87 nyílások voltak kialakítva, ezek a felületet egyenletesen borították. A gátló elemet kemencébe helyeztük és levegőben 24 órán keresztül 1000 °C hőmérsékleten izzítottuk, majd a kemencéből eltávolítottuk. Ennek eredményeként a gátló elem teljes felületén oxidréteg alakult ki, lényegében egyenletes vastagsággal.

Az 1. példában megadott névleges összetétellel jellemzett 380.1 jelű alumínium ötvözetből két db

228,6 mm hosszú, 101,6 mm széles és 38,1 mm vastag négyszögletes rudat készítettünk, amelyeket különkülön 98 tűzálló anyagú edényekben kialakított és a Norton Co. 90 mesh szemcsézettségű El Alundumjelű alumínium-trioxidjából álló 96 ágyban helyeztünk el. Az ilrendezés olyan volt, hogy arudak 228,6-101,6 mmes oldalai a légkör hatásának voltak kitéve, míg a fennmaradó öt felületet az ágy magi. vette körül. Az alumínium-trioxidból álló ágy szintje lényegében a rúd felső szintjével egyezett meg. A légkör felé szabadon maradó felületen mindegyik rudat 2 g dópoló anyag egyenletes vastagságú rétegével vontunk be A dópoló anyag szilíciun-dioxid volt. Mint a 13b. ábrán látszik, a gátló etemet a 90 alumínium rúd fölött helyeztük el oly módon, hogy a négy oldalfal 91 széles az alumíniumtrió ddból álló ágyban maradt, lényegében az alumínium ötvözetből álló rúd mélységében, de a rudat körülvéve oly módon, hogy azzal nem érintkezett. A gátló elemet ezt követően az előzőekben már meghatározott alumínium-trioxid részecskék további mennyiségével vettük korul és így az oldalfalakat a 96 ágyba lényegében beépítettük, így a 98 tűzálló anyagú edényen belül 94 szabad tér maradt a 88 rúd 90 felszíne és a 86 felső felület között.

A két beágyazott alumínium rúd közül az egyiket a 13 b. ábra szerinti elrendezésben az említett módon a

-171

198 429 gátló elemmel beborítottunk, míg a másikat nem. Az elrendezést 10 óra alatt kemencében 1080 °C hőmérsékletre melegítettük. Az oxidatív reakció 1080 °C hőmérsékletét ezt követően 55 órán keresztül fenntartottuk, eközben biztosítottuk a levegő szükséges utánpótlását és a kapott elrendezést 10 óra alatt lehűtöttük. Ezt követően az alumínium ötvözetből álló rudakkal létrehozott elrendezéseket a kemencéből eltávolítottuk.

A kialakult kerámia anyagú testeket az alumíniumtrioxid ágyból kiemeltük, majd az egyikből a gátló elemet eltávolítottuk. A gátló elemmel létrejött 102 kerámia test vizsgálata azt mutatta, hogy a 94 térben kialakult a szükséges nagyságú test, amelyet a gátló elem oldalfalai határoztak meg. így olyan kerámia test alakult ki, amelynek szabályos négyszögletes oldalfala volt, mégpedig a gátló elem falának megfelelően (14. ábra). A kerámia test növekedése során azonban nem tudta elérni a gátló elem felső falának szintjét, ezért a kerámia test felső felülete nem volt egyértelműen meghatározott, sima. A másik alumínium rúdból 100 kerámia test jött létre (14. ábra), amelynek a gátló elem hiánya miatt nem alakult ki szabályos formája, vagyis a növekedés különböző irányában akadálytalan lehetett.

Ez a példa azt bizonyította, hogy viszonylag nagy méretű kerámia testek is létrehozhatók pontosan meghatározott méretekkel, ha megfelelő mennyiségű fém alapanyagot és jól meghatározott gátló anyagréteget használunk, vagyis az alumínium levegővel történő oxidációjával az előállítást követően nagyon kevés megmunkálást igénylő vagy további megmunkálás nélkül is felhasználható kerámia szerkezetű munkadarab nyerhető.

9. példa

A 7. példához hasonló módon 500 mesh szemcsézettségű szilícium-kaibidból és 380.1 jelű alumínium ötvözetből (ennek névleges összetétele az 1. példa szerinti) kettős fogaskereket készítettünk. Ezt minden felületén — kivéve az előminta és az alumínium ötvözet közötti átmeneti és érintkezési felületeket - kerámia jellegű csonthamuvai (trikalcium-foszfát, a Hamil & Gillespie Inc., Livingston terméke) vontuk be. Ezt a gátló anyagréteget kiszárítottuk, majd az így kapott elrendezést 24 mesh szemcsézettségű szilícium-karbid részecskék közé helyeztük, mégpedig tűzálló anyagú edényben és a bevont előminta felső felületét szabadon hagyva. Az így kapott elrendezést 5 óra alatt 900 °C hőmérsékletre hevítettük fel, ezt a hőmérsékletet, mint az oxidatív reakció hőmérsékletét 100 órán keresztül fenntartottuk, közben a levegő mint oxidálószer szabad bejutását biztosítottuk és a reakcióidő elteltével az elrendezést lehűtöttük, a kemencéből kivettük.

A gátló anyagrétegből a kerámia szerkezetű testet kinyertük, megállapítottuk, hogy az ötvözet és az előminta közötti átmeneti felületen kis mértékben a kerámia anyag túlnőtt a kgelölt felületen, de ezt egyszerű módon el lehetett távolítani. A gátló anyagréteget könynyedén, homokfúvással vittük le a felületről. A kapott végtermék vizsgálatát röntgendiffrakciós módszerrel végeztük, ami bizonyította, hogy a kerámia mátrix lényegében teljes egészében az alumínium-trioxid alfamódosulatából állt, maga a szerkezet pontosan követte a gátló anyagréteggel meghatározott külső felületet.

Bár az előzőekben a találmány szerinti eljárást több, alumíniumra épülő foganatosítást mód kapcsán mutattuk be, az elmondottakból nyilvánvaló, hogy az más fémekkel és más oxidálószerekkel, egyéb elrendezésekben is jól megvalósítható, figyelembe véve az itt adott kitanítást.

Claims (36)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú, alakos munkadarab előállítására, amikor is fém alapanyagot és esetenként gócképző segédanyagot elektronleadást vagy elektronmegosztást előidéző oxidálószerrel - melynek a reakció hőmérsékletén gázhalmazállapotú összetevője is van — oxidatív reakcióba viszünk és az oxidatív reakció eredményeként kapott anyagból a munkadarab felületét meghatározó felülettel határolt térben polikristályos szerkezetű kerámia anyagot alakítunk ki, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagnak legalább egy részénél tőle legalább részben térközzel elválasztva, az előállítani kívánt kerámia munkadarabnak legalább egyik felületét meghatározó gátló elemet rendezünk el, a fém alapanyagot olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten megolvasztjuk, az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és így a fém alapanyagot az oxidálószerrel reakcióba visszük, és ezzel az oxidációs reakcióterméket létrehozzuk, az oxidációs reakcióterméknek legalább egy részét az oxidálószer és a megolvadt állapotban tartott fém alapanyag között és velük érintkezésben tartjuk, a fém alapanyagot az oxidációs reakcióterméken keresztül eredeti helyéről a gátló elem irányában az oxidációs reakcióterméknek már kialakult rétege és az oxidálószer közötti határfelületre diffundáltatjuk és a reakciót az oxidációs reakcióterméknek, mint kerámia anyagnak a gátló elem által meghatározott felület eléréséig folytatjuk.
2. 2. Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyágú alakos munkadarab előállítására, amikor is fém alapanyagot és esetenként gócképző segédanyagot elektronleadást vagy elektronmegosztást előidéző oxidálószerrel - melynek a reakció hőmérsékletén gázhalmazállapotú összetevője is van -oxidatív reakcióba viszünk és az oxidatív reakció eredményeként kapott anyagból a munkadarab felületét meghatározó felülettel határolt térben polikristályos szerkezetű kerámia anyagot alakítunk ki, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagot felületének legalább egy észén töltőanyaggal kapcsolatba hozzuk, a töltőanyagiak legalább egy részéhez a közötte és a fém alapanyag közötti érintkezési zónának legalább egy részétől térközzel elválasztva, az előállítani k ívánt munkadarabnak legaább egy felületét meghatározó gátló elemet rendezünk .il, a fém alapanyagot olvadásponlját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótennék olvadás-181

   198 429 pontja alatt maradó hőmérsékleten megolvasztjuk, az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és így a fém alapanyagot az oxidálószerrel reakcióba visszük, és ezzel az oxidációs reakcióterméket létrehozzuk, az oxidációs reakcióterméknek legalább egy részét az oxidálószer és a megolvadt állapotban tartott fém alapanyag között és velük érintkezésben tartjuk, a fém alapanyagot az oxidációs reakcióterméken keresztül eredeti helyéről a gátló elem irányában a töltőanyag rétegén keresztül az oxidációs reakciótermék már kialakult rétege és az oxidálószer közötti határfelületre diffundáltatjuk, és a reakciót az oxidációs reakcióterméknek, mint a töltőanyagot a szerkezetébe befogadó kerámia anyagnak a gátló elem felületét elérő növekedéséig folytatjuk.
3. 3. Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú alakos munkadarab előállítására, amikor is fém alapanyagot és esetenként gócképző segédanyagot elektronleadást vagy elektronmegosztást előidéző oxidálószerrel - melynek a reakció hőmérsékletén gázhalmazállapotú összetevője is van - oxidatív reakcióba viszünk és az oxidatív reakció eredményeként kapott anyagból a munkadarab felületét meghatározó felülettel határolt térben polikristáíyos szerkezetű kerámia anyagot alakítunk ki, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagból kialakuló oxidációs reakciótermékkel szemben permeábilis anyagból a munkadarab alakját követő, legalább egyik felületén gátló elemmel kialakított előmintát hozunk létre, a fém alapanyagot olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószenei létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten megolvasztjuk, az előmintát felületének legalább egy részén a megolvasztott fémmel kapcsolatba hozzuk, a gátló elemet a fém alapanyagtól az előmintával meghatározott térközzel elválasztva rendezzük el, a fém alapanyagot az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és így a fém alapanyagot az oxidálószerrel reakcióba visszük, és ezzel az oxidációs reakcióterméket létrehozzuk, az oxidációs reakcióterméknek legalább egy részét az oxidálószer és a megolvadt állapotban tartott fém alapanyag között és velük érintkezésben tartjuk, a fém alapanyagot az oxidációs reakcióterméken keresztül eredeti helyéről a gátló elem irányában az oxidációs reakció terméknek már kialakult, az elő minta legalább egy részébe behatolt, azt magába fogadó részén keresztül az oxidációs reakcióterméknek már kialakult rétege és az oxidálószer közötti határfelületre diffundáltatjuk, majd a reakciót az oxidációs reakcióterméknek, mint az előminta anyagát szerkezetébe befogadó kerámia jellegű összetett anyagnak a gátló elem által meghatározott felületig való növekedéséig folytatjuk.
4. 4. Az 1.—3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló élemet a megolvasztott fém alapanyaggal nem vagy gyengén nedvesíthető anyagból alakújuk ki.
5. 5. Az 1.-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elemet a megolvasztott fém alapanyaggal reakcióba lépő és a reakció eredményeként a fém alapanyagnak az oxidációs reakciótermék kialakult rétegén való diffúzióját jelentősen megnehezítő vagy megakadályozó reakcióterméket szolgáltató anyagból alakítjuk ki.
6. 6. Az 1.-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azza' jellemezve, hogy a gátló ebm anyagába a reakció feltételei között a gátló elem szerkezetét permeábilissá tevő illékony összetevőt építünk be.
7. 7 Az 1.-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azza! jellemezve, hogy a gátló elem anyagába töltőanyagot építünk be.
8. 8. Az 1.—7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azza' jellemezve,hogy a gátló elem alapanyagaként kalcium-szulfátot, kalcium-szilikátot, portland cementet, trikílcium-foszfátot választunk vagy ezek valamilyen keverékét alakítjuk ki.
9. 9. A 7. vagy 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyagot szemcsés anyagként választjuk ki és azt hozzávetőlegesen azonos hőtágulási tényezőjű összetevőkből hozzuk létre, hogy a töhőany;g szemcsés összetevőjét az előmintában alkalmazott anyag hőtágulási tényezőjével hozzávetőlegesen azoros hőtágulás tényezőjű anyagból hozzuk létre.
10. 10. A 2.-9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azza'· jellemezve, hogy töltőanyagként alumíniumtrió? időt választunk.
11. 11 Az 1—10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elemet kalciumszulfátból és szilícium-dioxid ot és/vagy kalcium-karbonátot tartalmazó anyagból alakítjuk ki.
12. 12 Az l.-ll. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, zzzal jellemezve, hogy a gátló elemet rozsdamentes acél vagy sűrű kerámia anyag felhasználásával alakítjuk ki.
13. 13 Az 1.—12. igénypontok bármelyike szerinti eljá rás, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként alumíniumot vagy alumínium alapú fémet választunk.
14. 14 Az 1.-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként szálúciuirot, titánt, ónt, cirkóniumot vagy hafniumot válaszunk.
15. 15 Az 1.—14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, zzzal jellemezve, hogy az oxidálószer legalább egy szilárd vagy folyékony oxidatív összetevőt, szilárd és folyékony oxidatív összetevő keverékéből álló összetevőt tartalmaz, ahol az oxidálószer a töltőanyag vagy az előminta alkotóelemeként van elrendezve.
16. 16 A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve. hogy szilárd oxidatív összetevőként szilícium-dioxidot. bőrt vagy redukálható bórvegyülelet választunk.
17. 17 Az 1.—16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás. azzal jellemezve, hogy gáz vagy gőz halmazállapotú oxidálószerként oxigéntartalmú gázt, halogén elemet, nitrogéntartalmú gázt, ként, foszfort, arzént, szenet, bort, szelént, tellúrt, H₂/H₂O keveréket, metánt, etánt, propánt acetilént, etilént, propilént, szilícium-dioxidot, CO/CO₂ keveréket választunk vagy ezek keverékét alkalmazzuk.
18. 18. Az 1.-16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oxidálószerként oxigéntartalmai gázt /álasztunk.
19. 19. Az 1—16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás,

    -191

    198 429 azzal jellemezve, hogy oxidálószerként nitrogéntartalmú gázt választunk.
20. 20. Az 1.-19. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy töltőanyagként alkalmas alapanyagból álló üreges testecskéket, tömörítvényeket, porokat, szálakat, huzalokat, gömböcskéket, golyócskákat, acélgyapotot, lemezkéket, szemcsés ömlesztett anyagot, rudakat, pálcikákat, fonalakat, lemezkéket, pelleteket, tűzálló anyagú szövetet, hosszúkás csőszerű elemeket választunk, vagy ezek keverékét használjuk.
21. 21. Az 1.-20. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy töltőanyagként vagy az előminta anyagaként alumínium, cérium, hafnium, lantán, neodímium, prazeodímium, szamárium, szkandium, 1 tórium, ittrium, urán vagy cirkónium egy vagy több oxidját használjuk.
22. 22. Az 1 —20. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy töltőanyagként vagy az előminta 2 anyagaként alumínium-trioxidot, szih'cium-karbidot, szilícium-alumínium-oxinitridet, szüícium-nitridet, magnézium-aluminátot, cirkónium-oxidot, bárium-titanátot, bór-nitridet, szüícium-nitridet, vas—króm-alumínium ötvözetet vagy alumíniumot választunk, vagy ezek keveré- 2 két használjuk.
23. 23. Az 1.—20. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elem megtámasztására szilícium-dioxidból, szflícium-karbidból vagy alumínium- 3 trioxidból kialakított előmintát használunk.
24. 24. A 21. vagy 23. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szüícium-dioxidot, a szilícíum-karbidot vagy az alumínium-trioxidot 10 mesh és 1000 mesh közötti szemcsézettségű szemcsés anyagként használjuk fel.
25. 25. A 3.-24. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az előminta anyagába a folyamat feltételei között anyagi integritását megőrző bevonattal ellátott karbonszálat keverünk. 4
26. 26. A 25. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a karbonszálat alumínium-trioxid anyagú bevonattal látjuk el.
27. 27. Az 1.-26. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyaghoz dópoló anyag forrását kapcsoljuk.
28. 28. A 27. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dópoló anyag forrását a fém alapanyaghoz ötvöző összetevőként kapcsoljuk.
29. 29. A 27. vagy 28. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dópoló anyag forrását a fém alapanyag felületére felvitt rétegként alakítjuk ki, és az oxidációs reakcíótermék növesztésével a dópoló anyagot tartalmazó réteget a polikristályos szerkezetű kerámia mátrix anyagába beágyazzuk.
30. 30. A 27.-29. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dójxrló anyagnak legalább egy részét a töltőanyagban és/vagy az előminta anyagában eloszlatjuk.
31. 31. A 27,—30. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a. dópoló anyag forrásaként magnézium, cink, szilícium, germánium, ón, ólom, bór, nátrium, lítium, kalcium, foszfor, ittrium és alkalmas ritkaföldfém közül legalább kettőt tartalmazó anyagot, vegyületet alkalmazunk.
32. 32. A 31. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy dópoló anyagban a ritkaföldfém komponenst lantánként, cériumként, prazeodimiumként vagy szamáriumként választjuk meg.
33. 33. Az 1 .—32. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidációs reakció eredményeként előállított polikristályos szerkezetű anyagban a fém alapanyag, dópoló anyag és az oxidálószer között kialakuló reakció eredményeként keletkezett spinellből iniciáló felületet hozunk létre.
34. 34. A 33. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy dópoló anyagként magnéziumot, fém alapanyagként pedig alumíniumot használunk.
35. 35. Az 1 .-34. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként alumíniumot alkalmazunk, és a fém alapanyagot dópoló anyaggal egészítjük ki, mig legalább egy dópoló anyagot a fém alapanyag felületén helyezünk el, célszerűen a fém alapanyag felületén a dópoló anyag rétegét alakítjuk ki.
36. 36. Az 1 .—34. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként alumíniumot alkalmazunk, az alumíniumhoz dópoló anyagot adagolunk, oxidálószerként levegői használunk és az oxidációs reakcióterméket 850 °C és 1450 °C közötti hőmérsékleten, alumínium-trioxid formájában állítjuk elő.

    9 rajz, 16 abra