HU203862B - Process for producing composed selfcarrying ceramic product - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás összetett szerkezetű önhordó kerámia termékek előállítására, amikoris fém alapanyagból lényegében a fém alapanyag egy vagy több oxidáló, de legalább egy gáz vagy gőz halmazállapotú oxidáló összetevőt tartalmazó oxidálószerrel végrehajtott reakciójával kapott oxidációs reakciótermékből és adott esetben egy vagy több fémes összetevőből, közöttük a fém alapanyagból felépülő polikristályos mátrixot alakítunk ki oxidációs reakcióval és a polikristályos mátrix kerámia szerkezetét töltőanyagból álló massza belsejében növesztve hozzuk létre, ahol a töltőanyagot szükség szerint előmintává formázzuk, az esetek többségében alumínium fém alapanyagot használunk.

Az elmúlt évek során egyre nagyobb érdeklődés mutatkozik a kerámia anyagok iránt, amelyektől azt várják, hogy a hagyományosan fémből készült alkatrészeket a műszaki élet legtöbb területén előbb vagy utóbb felválthatják. A kerámia anyagok nagy korrózióállósága, jó hőállósága, számos előnyös mechanikai tulajdonsága oda vezetett, hogy vüágszerte megindult a kerámia anyagok előállítására szolgáló eljárások fejlesztése. Ezek egyik hiányossága, hogy segítségükkel nehéz a bonyolult geometriájú, összetett szerkezetű önhordó kerámia termékek előállítása, különösen, ha azt jól meghatározott tulajdonságú, jól meghatározott szerkezetű külső réteggel kell ellátni.

Időközben ismertté váltak azok a módszerek, amikoris fém alapanyagból lényegében a fém alapanyag egy vagy több oxidáló összetevőt tartalmazó oxidálószerrel végrehajtott reakciójából kapott oxidációs reakcióterméket és szükség szerint egy vagy több fémes összetevőt tartalmazó polikristályos mátrixot lehet kialakítani az oxidációs reakció segítségével. A polikristályos mátrixot töltőanyagból álló massza belsejében lehet kialakítani az oxidációs reakció segítségével. A polikristályos mátrixot töltőanyagból álló massza belsejében lehet létrehozni, ilyenkor a töltőanyag a mátrix szerkezetébe épül be.

A találmány feladata az ismertté vált eljárás felhasználásával olyan eljárás felhasználásával olyan eljárás kidolgozása, amelynek révén szükség szerint bonyolult alakzatú, összetett szerkezetű önhordó kerámia termékek állíthatók elő, melyeken szilárd felületi réteg van külön kialakítva.

A találmány alapja az a felismerés, hogy az említett oxidációs folyamatot a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel, különösen annak gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőjével létrejövő oxidációs reakciótennék olvadáspontja alatti hőmérsékletre kell hevíteni. Ezen a hőmérsékleten a megolvadt fém alapanyagot az oxidálószerrel reakcióba visszük és ezzel olyan reakciótennék hozható létre, amely kedvező feltételeket teremt a megolvadt fém vándorlásához, amikoris transzport folyamatban az oxidációs reakciótermék szilárd rétege járatokat képez és ezen át a megolvadt fém az oxidálószer és a már kialakult oxidációs reakciótennék határfelülete felé mozog, ott oxidációs reakcióba lép és a szilárd reakciótermék tömegét növeli. Az így kapott kerámia testet elő lehet állítani a fémes komponens kisebb vagy nagyobb mennyiségével, amikoris a fémes komponens kisebb mennyiségéhez nagyobb porozitás, nagyobb mennyiségéhez kisebb porozitás tartozik. Mind a fémes komponens, mind pedig a porozitás szükség szerint összefüggő járatokat is alkothat. Az oxidációs folyamat hatékonyságát, sebességét megfelelő dópoló anyaggal lehet elősegíteni. Ez különösen vonatkozik az alumíniumra, ha azt levegő jelenlétében oxidáljuk Ilyenkor a dópoló anyagok a fém alapanyag felületére is felvihetők, de szükség szerint annak ötvözőjét alkothatják.

Ugyancsak a találmány szerinti eljárás kidolgozásában alapfelismerés az, hogy az említett oxidációs reakció hatékonyan lefolytatható a fém alapanyag és megfelelő töltőanyag érintkezése mellett. Ilyenkor a töltőanyagból permeábilis szerkezetű masszát hozunk létre, a megolvadt fém oxidációs reakcióját a töltőanyag masszájának és a megolvadt fémnek a határfelületén indítjuk.

Az előbb említett alapfelismerések alapján lehetővé válik olyan összetett szerkezetű kerámia struktúrák kialakítása, amelyekben egy vagy több üreg van és ez az üreg a fém alapanyagból előre meghatározott alakúra készített darab formáját adja vissza, annak inverz reprodukálását jelenti. Ugyancsak lehetővé válik olyan felületű alakzatok létrehozása, amelyek a fém alapanyag felületét reprodukálják inverz módon.

A találmány szerinti eljárás kidolgozása során észleltük, hogy a fenti felismerések szerint létrehozott összetett szerkezetű kerámia testnél előfordulhat a töltőanyag felületén túlmenő növekedés. Ilyenkor a kerámia mátrix egy adott határfelületen áthaladva, azt átlépve fejlődik A határfelületet elérő kerámia mátrix növekedését felismerésünk szerint többféle módon lehet megakadályozni. Az egyik ilyen mód a kerámia mátrix létrehozásához szükséges fém menynyiségének pontos meghatározása. Ilyenkor a fém csak egy adott felületig képes növekedni. A töltőanyagon belül lehetséges az oxidációs reakció lefolytatása számára kedvezőbb feltételeket teremteni mint a töltőanyagon kívül, például a folyamat egy adott pillanatában az oxidáló hatású anyag megvonásával vagy a hőmérséklet lecsökkentésével, amikor a folyamat a kívánt mértékig előrehaladt. Ezek a lépések azért lehetnek hátrányosak, mert igénylik a folyamat felügyeletét, a nagy gyakorlatot az oxidációs folyamat vezetésében, vagyis annak észlelését, hogy a polikristályos szerkezet egy meghatározott felületet elért. A felületen túlnövő kerámia anyag hátránya az, hogy a nem megfelelő alakra készített terméket külön mechanikai megmunkálási műveletekkel kell a kívánt alakra hozni, ez pedig a kemény, szívós kerámia anyagok esetében jelentős mennyiségű munkát igényelhet.

Próbálkozások történtek arra is, hogy az előre meghatározott alakú kerámia terméket a kívánt alakra hozott előmintával állítsák elő, amikoris a permeábilis szerkezetű töltőanyagból előmintát hoznak létre, majd az oxidációs reakciót olyan feltételek között folytatják le, hogy az oxidációs reakciótermék az előmintát átnőve alakuljon ki. A kívánt alakrahozás egy

HU 203 862 Β másik lehetősége gátló elemek alkalmazása, ahol a gátló elemek olyan szerkezeti alkatrészek vagy anyagok, amelyek egy adott felületet kijelölőén elhelyezve képesek a kerámia szerkezetet létrehozó oxidációs reakciótermék továbbfejlődését megakadályozni vagy jelentős mértékben lelassítani.

A találmány feladata az említett felismerések hasznosításával olyan eljárás kidolgozása, amely az eddigi megoldásoktól eltérően képes meghatározott határfelületet összetett szerkezetű önhordó kerámia termék felületén létrehozni, mégpedig kívánt alakot meghatározó határfelületként, szükség szerint nagyobb egyedi és/vagy bonyolult felületi alakú testeknél.

A kitűzött feladat megoldására eljárást dolgoztunk ki, amellyel összetett szerkezetű önhordó kerámia termékek állíthatók elő, amikoris fém alapanyagból lényegében a fém alapanyag egy vagy több oxidáló, de legalább egy gáz vagy gőz halmazállapotú oxidáló összetevőt tartalmazó oxidálószerrel végrehajtott reakciójával kapott oxidációs reakciótermékből és adott esetben egy vagy több fémes összetevőből, közöttük a fém alapanyagból felépülő polikristályos mátrixot alakítunk ki oxidációs reakcióval és a polikristályos mátrix kerámia szerkezetét töltőanyagból álló massza belsejében növesztve hozzuk létre. A kitűzött feladat egyik megoldása szerint a fém alapanyagot olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótennék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletre hevítve megolvasztjuk és ezzel belőle olvadéktestet képezünk; az olvadéktestet térbeli kapcsolatba hozzuk a töltőanyagot tartalmazó permeábilis szerkezetű masszával, amelynek legalább egy oldalfelületén az oldalfelület geometriájával lényegében konform, az oxidálószer gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőjével szemben permeábilis anyagú és az oxidációs reakciótermék növekedése során az oxidációs reakcióterméket befogadó, növekedésével szemben permeábüis szerkezetű réteget alakítunk ki, ahol a réteget legalább részben a térbeli kapcsolat helyétől térközzel választjuk el és ezzel az oxidációs reakciótermék számára a töltőanyag permeábilis szerkezetű masszájába való behatolás, a réteg irányában és legalább részben a rétegbe való növekedés lehetőségét biztosítjuk; majd a hőmérsékletet a fém alapanyag olvadáspontjánál magasabb, de az oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó értéken tartva a fém alapanyag olvadéktestét az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és belőle folyamatosan az oxidációs reakcióterméket képezzük, miközben az oxidációs reakciótermék legalább egy részét az olvadéktest felületével, illetve az oxidálószerei érintkezésben tartjuk, ezzel a fém alapanyagot az oxidációs reakciótermék már létrejött rétegén keresztül az oxidálószer felé transzportfolyamatban elszállítjuk, az elszállított megolvasztott fém alapanyagból a már kialakult oxidációs reakciótermék és az oxidálószer határfelületén az oxidációs reakciót folytatva az oxidációs reakcióterméket a töltőanyagból álló permeábilis szerkezetű ágyban folyamatosan létrehozzuk, ezzel összetett szerkezetű kerámia testet hozunk létre, majd a transzportfolyamat fenntartásával a rétegnek legalább egy részét eltérő, a rétegnek legalább egy részébe behatoló oxidációs reakcóterméket készítünk, amellyel az összetett szerkezetű kerámia test felületét borító kerámia réteget, és ennek révén a réteggel meghatározott felületű összetett szerkezetű önhordó kerámia testet állítunk elő, és ezt kővetően a kerámia réteggel meghatározott felületnek legalább egy részéről a réteg eredeti anyagát eltávolítjuk, aminek révén a réteggel meghatározott felülettel határolt összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket nyerünk.

Egy másik megoldás szerint a fém alapanyagot olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótennék olvadáspont ja alatt maradó hőmérsékletre hevítve megolvasztjuk és ezzel belőle olvadéktestet képezünk; a töltőanyagból kívánt alakzatnak megfelelő alakú előmintát képezünk ki, ahol az oxidációs reakciótermékkel szemben permeábüis szerkezetbe rendezhető töltőanyagot választunk, az előminta legalább egy felületén a felület geometriájával lényegében konform, az oxidálószer gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőjével szemben permeábilis anyagú és az oxidációs reakciótermék növekedése során az oxidációs reakcióterméket befogadó, növekedésével szemben permeábilis szerkezetű réteget alakítunk ki, az előmintát az olvadéktesttel érintkeztetjük és úgy rendezzük el, hogy az oxidációs reakciótermék az előminta anyagába behatolva növekedjen a réteggel borított felület irányába, a felületet elérve hatol jón be az ott elrendezett rétegbe; majd a hőmérsékletet a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó értéken tartva a fém alapanyagból olvadéktestet az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és belőle az oxidációs reakcióterméket folyamatosan képezzük, miközben az oxidációs reakciótermék legalább egy részét az olvadéktest felületével, illetve az oxidálószerrel érintkezésben tartjuk, ezzel a fém alapanyagot az oxidációs reakciótermék már létrejött rétegén keresztül az oxidálószer felé transzportfolyamatban elszállítjuk, az elszállított megolvasztott fém alapanyagból a már kialakult oxidációs reakciótermék és az oxidálószer határfelületén az oxidációs reakciót folytatva az oxidációs reakcióterméket a töltőanyagból álló permeábüis szerkezetű előmintában folyamatosan létrehozzuk, ezzel összetett szerkezetű kerámia testté alakítjuk át, majd a transzportfolyamat fenntartásával a rétegnek legalább egy részét elérő, a rétegnek legalább egy részébe behatoló oxidációs reakcióterméket készítünk, amellyel az összetett szerkezetű kerámia test felületét borító kerámia réteget, és ennek révén a réteggel meghatározott felületű összetett szerkezetű önhordó kerámia testet állítunk elő, ahol a kerámia rétegnek az oxidációs reakciótermékkel átjárt rétegnél kisebb mechanikai integritást biztosítunk és ezt kővetően a kerámia réteggel meghatározott felületnek legalább egy részéről a réteg kerámia anyagát eltávolítjuk, aminek révén a réteggel meghatározott felülettel határolt összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket nyerünk.

HU 203 862 Β

Egy újabb lehetőség szerint a fém alapanyagot olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletre hevítve megolvasztjuk és ezzel belőle olvadéktestet képezünk, ahol alumínium fém alapanyagot választunk és azt a 850 °C ... 1450 °C tartományba eső hőmérsékletre hevítjük; a töltőanyagból kívánt alakzatnak megfelelőü alakú előmintát képezünk ki, ahol alumínium-trioxíddal mint az oxidációs reakciótermékkel szemben permeábilis szerkezetbe rendezhető töltőanyagot választunk, az előminta legalább egy felületén a felület geometriájával lényegében konform, az oxidálószer gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőjével szemben permeábilis szerkezetű réteget alakítunk ki, az előmintát az olvadéktesttel érintkeztetjük és úgy rendezzük el, hogy az oxidációs reakciótennék az előminta anyagába behatolva növekedjen a réteggel borított felület irányába, a felületet elérve hatoljon be az ott elrendezett rétegbe; majd a hőmérsékletet a fém alapanyag olvadáspontjánál magasabb, de az oxidációs reakciótennék olvadáspontja alatt maradó értéken tartva a fém alapanyag olvadéktestét az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és belőle folyamatosan az oxidációs reakcióterméket képezzük, miközben az oxidációs reakciótennék legalább egy részét az olvadéktest felületével, illetve az oxidálószerrel érintkezésben tartjuk, ezzel a fém alapanyagot az oxidációs reakciótennék már létrejött rétegén keresztül az oxidálószer felé transzportfolyamatban elszállítjuk, az elszállított megolvasztott fém alapanyagból a már kialakult oxidációs reakciótermék és az oxdálószer határfelületén az oxidációs reakciót folytatva az oxidációs reakcióterméket. a töltőanyagból álló permeábilis szerkezetű, alumínium-trioxid alapú kerámia testté alakítjuk át, majd a transzportfolyamat fenntartásával a rétegnek legalább egy részét elérő, a rétegnek legalább egy részébe behatoló oxidációs reakcióterméket készítünk, amellyel az összetett szerkezetű kerámia test felületét borító kerámia réteget, és ennek révén a réteggel meghatározott felületű összetett szerkezetű önhordó kerámia testet állítunk elő, ahol a kerámia rétegnek az oxidációs reakciótermékkel átjárt rétegnél kisebb mechanikai integritást biztosítunk és ezt követően a kerámia réteggel meghatározott felületnek legalább egy részéről a réteg kerámia anyagát eltávolítjuk, aminek révén a réteggel meghatározott felülettel határolt összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket nyerünk.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során a töltőanyag permeábilis szerkezetű masszáját lazán vagy előmintára hozott alakban rendezzük el. Ennek legalább egy felületén, de adott esetben minden felületét borítóan a permeábilis szerkezetű réteget alakítjuk ki, amely például a laza szerkezetű töltőanyagot is határolhatja. A rétegbe behatoló kerámia anyag úgy jön létre, hogy az szerkezetében vagy mechanikai tulajdonságait tekintve gyengébb, mint az alatta fekvő összetett szerkezetű kerámia test. A viszonylag jó mechanikai kapcsolatot a kerámia test és a réteg között az anyag megválasztásával, összetételének kialakítá4 sával, a töltőanyaggal biztosítjuk, de ebben a vonatkozásban fontos a réteg anyaga, az anyagok egymás közötti kölcsönhatása, az oxidációs reakciótermék anyagi minősége és egyéb feltételeket is figyelembe lehet venni. A kerámia anyaggal átjárt réteget általában szükség szerint hűtjük, majd az összetett szerkezetű test felületéről részben vagy teljes egészében eltávolítjuk. Ezzel kapjuk az összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket, amelyet végülis a felvitt réteg és a fém alapanyag oxidációs reakciótermékével átjárt töltőanyag határfelülete határoz meg.

A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módjában a töltőanyagot alumínium- és/vagy szilícium-karbid összetevővel készítjük el. A réteg különösen előnyösen cirkónium és/vagy hafnium oxidjából, illetve a két fém oxidjalnak keverékéből áll. A találmány szerinti eljárás foganatosításában különösen előnyös alumínium mellett a szilícium, titán, az ón, a cirkónium vagy a hafnium alkalmazása. Ezek a fémek együtt vagy külön-külön is felhasználhatók.

A találmány szerinti eljárás egy különösen előnyös foganatosítási módja szerint az oxidálószerbe legalább egy szüárd vagy legalább egy folyékony halmazállapotú oxidáló hatású anyagot, vagy legalább egy folyékony és egy szilárd oxidáló hatású komponens keverékeként kialakított összetevőt viszünk be. Itt célszerűen a szilárd halmazállapotú oxidáló hatású anyag szilícium-dioxid, szén, redukálható karbidvegyület, bór vagy redukálható bórvegyület.

Gazdaságossági szempontból különöen előnyös, ha az oxidálószer alapvetően levegőből áll.

A találmány szerinti eljárással előállított kerámia termékek lényeges előnye, hogy keresztmetszetük mentén a tulajdonságaik egyenletesen homogénan oszlanak el. Ez annyit jelent, hogy a sűrű szerkezetű kerámia testben a tulajdonságok lényegében a test minden pontjában azonosak Ennek révén a találmány szerinti eljárás lehetővé teszi, hogy a nagy tisztaságú egyenletes szemcseeloszlású porok felhasználását elkerüljük, amelyeket az ismert megoldások szerint forró állapotban összenyomnak vagy színtereinek.

A találmány szerinti eljárás segítségével olyan kereskedelmi forgalomba is kerülő termékek alakíthatók ki, amelyek ipari, szerkezeti vagy technikai alkalmazásokban jól megállják helyüket. Ezeket az elektromos, a szilárdsági, a termikus, a strukturális vagy más kívánt jellemzők széles értéktartománya jellemezheti, míg maga az eljárás nem szolgál különböző melléktermékek, s különösen nem a megolvadt fémek feldolgozása során keletkező nemkívánatos melléktermékek feldolgozására.

A találmány szerinti eljárás további ismertetése során, illetve az igénypontokban alkalmazott fogalmak értelmezése a következő:

A „kerámia test” vagy „kerámia anyag” fogalma a jelen találmány értelmezésében egyáltalában nem korlátozható a klasszikus értelemben vett kerámia anyagokra, amelyek lényegben teljes térfogatukban nemfées és más szervetlen összetevőkből állnak. A találmány szerint előállított és alkalmazott kerámia

HU 203 862 Β ayag, illetve test olyan szerkezetű, hegy 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 porozitású A fém összetevők megjelenése, illetve a porozitás kialakulása a fém alapanyag, oxidálószer esetleg dópoló anyag jelenlétének, esetleges beadagolásának következménye; a térfogatban részarányuk 1... 401%, de lehet nagyobb is.

Az „oxidációs reakciótermék” fogalma a találmány értelmében fém(ek) 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 tekintjük. Ennek megfelelően a definícióval értelmezett oxidációs reakciótermék egy vagy több fém és valamilyen, a leírásban kifejtett feltételeket teljesítő oxidáló hatású anyag között kialakult reakció eredménye.

Az „oxidálószer” fogalma elektron befogadására, illetve elektron megosztás útján történő befogadására alkalmas egy vagy több összetevőt takar, amely a reakció feltételei között lehet szilárd, folyékony vagy áltapotú 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 a kereskedelmi forgalomban beszerezhető anyag, amely a fémes összetevőket a szokásos szennyezésekkel, adott esetben ötvözőanyagokkal, ötvöző vegyületekkel és intermetallikus 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, illetve kiviteli alakok kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

Lábra fém alapanyagot tűzálló anyagú edényben tartalmazó együttes, ahol a fém alapanyagból álló öntecs megfelelő ágyban van elrendezve, rajta permeábilis szerkezetű réteget hordozó előminta van.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során a szükség szerint -- mint erről a továbbiakban még szó lesz — dópoló összetevővel kiegészített fém alapanyagot, mint oxidációs reakció kiindulási anyagát megfelelő alakra hozzuk, vagyis belőle öntecset, rudat, lemezt vagy hasonlót készítünk. A fém alapanyagot semleges hatású ágyban helyezzük el, szükség szerint tűzálló anyagú edényben vagy csónakban. A továbbiakban még szó lesz az előminta kialakításáról. Megfelelő töltőanyagból permeábilis szerkezetű előmintát hozunk létre .amelynek legalább egy jól meghatározott határfelülete van. Az előminta szerkezete olyan, hogy azon a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidáló öszszetevő könnyen áthatolhat, szerkezetébe az oxidációs reakciótermék könnyen bejuthat. Az előmintát a fém alapanyaggal szomszédosán, előnyösen azzal felületi érintkezésben helyezzük el. Általában az érintkezést egy vagy több felületen, szükség szerint csak egy felület egy részén biztosítjuk. Az előminta előbb említett határfejületét úgy rendezzük el, hogy az a fém alapanyag felületétől távolabb helyezkedjen el, azzal ne érintkezzen. Az előminta a fém alapanyaggal felületén célszerűen érintkezik. Adott estben előnyös lehet az a megoldás is, amikor az előminta részben belemerül a megolvadt fémbe, de ilyenkor kerülni kell a teljes bemerülést, mivel a fém alapanyagba teljes térfogatával bemerülő előmintában a polikrístályos kerámia mátrix szerkezete nem vagy csak nagy nehézséggel alakulhat ki.

Az előminta felületén megfelelő módszerrel, például formázással, kenéssel vagy szórással bevonatként olyan áteresztő szerkezetű réteget hozunk létre , amely lényegében konform alakú az előminta meghatározott határfelületének geometriáját tekintve. Ez a réteg elegendően porózus ahhoz, hogy az oxidálószer gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőjét átengedje és megteremtse annak feltételét, hogy az oxidádiós reakciótennék szerkezetébe behatolhasson. A nem szükségszerűen egyenletes vastagságú, de áteresztő szerkezetű réteg az előminta meghatározott határfelületét folyamatosan követi, estleg azt meghatározóan van elrendezve. Az oxidációs reakciótermék keletkezése során a határfelület irányában növekszik, azt elérve behatol a permeábilis szerkezetű rétegbe is, a kerámia termék egy jól meghatározott felületét, körvonalát vagy határrétegét alkotva. Az előmintából és a fém alapanyagból álló együttest megfelelő tartályban elrendezve a tartályt kemencébe helyezzük, amelyben a kívánt oxidálószer beáramlását, a tartályban való hozzáférését biztosítjuk. Az oxidálószer gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőt is tartalmaz. Az elrendezést a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az adott feltételek között létrejövő oxidációs reakciótennék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletre hevítjük Ha a fém alapanyag alumínium, míg az oxidálószer levegőt tartalmaz gáz vagy gőz halmazállapotú összetevőként, a reakció hőmérséklete általában a 850 ... 1450 °C tartományba esik, előnyösen a 900... 1350 °C hőmérséklettartományt választjuk Ebben a hőmérséklettartományban a fém alapanyag megolvad, belőle olvadéktest jön létre, amely az oxidálószerrel, különösen annak gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőjével reakcióba lép. A reakció eredményeként az olvadéktest felületén az oxidációs reakciótermék rétege alakul ki. Ha az oxidáló környezetet fenntartjuk a már kialakult oxidációs reakciótermék olyan feltételeket hoz létre, amelyek között a megolvadt fém fokozatosan elhagyja az olvadéktestet, a szüárd oxidációs reakciótermék rétegén keresztül az oxidálószer irányába halad és így a meghatározott határfelület felé növekedő oxidációs reakciótermék jön létre. Ez végülis kap5

HU 203 862 Β csolatba kerül a permeábilis szerkezetű réteggel. Az oxidációs reakciótermék kiegészítő része keletkezik, amikoris a polikristályos anyag belső részében adott esetben fémes anyag marad vissza. A reakció folyamatában azoxidációs reakciótermék legalább egy részét a megolvadt fém alapanyaggal és az oxidációs reakciótermék legalább egy részét a megolvadt fém alapanyaggal és az oxidálószerrel érintkezésben, a két anyag között tartjuk. Ezzel biztosítható, hogy a polikristályos oxidációs reakciótermék az előminta térfogatában növekedjen. A polikristályos szerkezetű oxidációs reakciótermék az előmintán belül, annak anyagát nem rombolva növekszik, az előminta összetevőit beágyazva tartalmazza. A folyamat addig tart, amíg az oxidációs reakciótermék el nem éri a kijelölt határfelületet, legalább részben be nem hatol a permeábilis szerkezetű rétegbe és így átmeneti jellegű kerámia test alakul ki, amely egyrészt a kialakuló összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket, másrészt a réteg kerámiával átjárt anyagát és esetleg eredeti anyagát tartalmazza. A folyamatot továbbvíve a kerámia réteg olyan mechanikai integritású rétegként jön létre, amely az összetett szerkezetű önhordó szerkezetű kerámia termékhez képest sokkal kisebb mechanikai szilárdságú. A kisebb mechanikai integritás azt jelenti, hogy a kerámiával átjárt réteg minősége vagy szilárdsága megengedi annak egyszerű eszközökkel való lepusztítását, eltávolítását. Az egyszerű eszköz például a homokkal történő lefúvás, a forgódobos, csiszoló hatású közegben történő tisztítás, vagy az iszapos tisztítás, amely nem okozza az összetett szerkezetű önhordó kerámia termék szerkezetének károsodását, vagyis olyan eljárást jelent, amellyel a kerámiával átjárt réteg eltávolítása után a kapott terméken minőségromlás nem észlelhető.

A találmány szerinti eljárással a hevítéssel kapott közbenső termékek, vagyis az oxidációs reakciótermékkel átjárt réteg és töltőanyag együttesét a kemencéből kivesszük és hagyjuk lehűlni. A lehűléssel 850 ’C, előnyösen 400 ’C alatti hőmérsékletre hagyjuk csökkenni a kapott terméket, majd szobahőmérsékletre hűtjük. A hűtés előnye, hogy a réteg kerámia anyagában, az ott keletkezett kerámia mátrixban a kialakult martenzites fázis miatt mikrorepedések keletkeznek, ezek gyengítik a mátrix szerkezetét és így az öszszetett szerkezetű önhordó kerámia test felületéről a kerámia réteg eltávolítása nem okoz nagyobb nehézséget. Hűtés nélkül olyan egyenletes szerkezet jön létre, amelynek viszonylag nagy a szilárdsága. Az összetett szerkezetű kerámia test felületéről a mikrorepedésekkel meggyengített anyagú kerámia réteg eróziós módszerekkel jól eltávolítható.

A permeábilis szerkezetű réteg minden olyan anyagból, vegyületből létrehozható, amely az oxidációs reakciótermékkel annak növekedése során átjárható és amely az oxidációs reakciótermékkel átjárt állapotában sokkal kisebb mechanikai integritást mutat, mint az alatta fekvő összetett szerkezetű kerámia test. Ezzel válik lehetővé, hogy a kerámia anyaggal átjárt réteg könnyen lepusztítható legyen a felületről, anél6 kül, hogy az utóbbi károsodástól kellene tartani. Nagyobb szilárdságú kerámia réteg esetén ugyanis a leválasztás esetlegesen repedéseket, törésvonalakat hozhatnak létre. Az előzőek értelmében célszerű, ha a réteget olyan összetevőkből hozzuk létre, amelyek a kerámia test hűtése során megrepedeznek, vagyis az oxidációs reakciótermék növekedési folyamatának révén ez az összetevő instabillá válik, martenzites jellegű fázisátmenetben vesz részt. A réteg felépítése alapvetően az előminta és a kialakuló kerámia mátrix összetételétől függ, de ebben fontos szerepet játszthat az oxidálószer összetétele, az oxidációs reakció feltételrendszere. Az említett feltételrendszert és a réteg anyagát előnyösen úgy választjuk meg, hogy a kerámia anyaggal átjárt réteg szilárdsága kisebb legyen, mint a szomszédos kerámia anyagé, vagyis a réteget a felületről viszonylag könnyen el lehessen távolítani. A találmányszerinti eljárást célszerűen alumínium fém alapanyaggal és oxidálószerként levegővel hajtjuk végre, és ezzel alumínium-trioxid alapú mátrixot hozunk létre. Ilyen anyagválasztás mellett a töltőanyagra kerülő réteget cirkónium és/vagy hafnium kis stabilitású vegyületéből hozzuk létre, esetleg mindkét fém ilyen vegyületeinek keverékéből. A kis stabilitású vegyületek között vagy például a cirkónium-dioxid, amikoris a töltőanyag alumínium-trioxidból áll. Az alumíniumtrioxiddal, mint oxidációs reakciótermékkel átjárt cirkónium-dioxid mechanikai stabilitása sokkal kisebb, mint a mellette létrejött alumíniutn-trioxid alapú mátrixé, amelybe a töltőanyag is beépül, ezért a réteget jól el lehet távolítani pédlául homokfúvással, csiszolással, iszapolással stb.

Az előminta meghatározott határfelületére felvitt permeábilis szerkezetű réteg folyamatos átmenettel kapcsolódik ehhez a határréteghez. Alakja, anyaga az adott feltételeknek megfelelően választható, erre vonatkozóan az előzőeken túlmenő különösebb kikötés nincs. A réteg kialakítható bevonatként, beágyazó anyagként, lemezekből, huzalokból, szemcsékből, porszerű anyagokból, gömböcskékből, stb. A réteg anyagát a szükséges nyers állapotú szilárdság biztosítására tetszőleges olyan kötőanyaggal lehet összefogni, amely a találmány szerinti eljárás foganatosításában szükséges reakció során a folyamatot nem zavarja. Ilyen kötőanyag például a polvinil-alkohol. A gyenge kompozíciók előállítása szempontjából igen előnyös a nagyobb, például 24 mesh-nél nem kisebb szemcsézettségű részecskefrakciókból álló anyag alkalmazása. A finomabb frakciók is jól használhatók, ha ezeket a nagyobb frakciókkal keverjük ki. A permeábilis szerkezetű réteg szemcsézett anyaga az előminta felületére az ismert és hagyományos technikák segítségével vihető fel, például a szemcsés anyagból szerves kötőanyag alkalmazásával szuszpenziót készítünk, ezt a felületre felvisszük, majd az így kapott együttest megemelt hőmérsékleten kiszárítjuk. Természetesen a különböző öntési technikák is megfelelnek erre a célra.

A találmány szerinti eljárás végeredményben olyan összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket eredményez, amelyet határfelületéig polikristályos anyag

-6HU 203 862 Β tölt ki. Ez a polikristályos anyag kerámia mátrixként alakul ki, amely a fém alapanyag és az oxidálószer oxidációs reakciótermékéből valamint adott esetben a fém alapanyag, a dópoló anyag, az esetlegesen alkalmazott redukálható oxidálószer fémes összetevőit is befogadja. A töltőanyagból készült permeábüis szerkezetű ágy, iletve az előminta határfelületét gyakorlatgilag a kerámia szerkezetű polikristályos anyag határozza meg. A kerámia mátrixból azonban az ágy, ületve az előminta egy-egy alkotóeleme kiállhat, és ennek megfelelően a kerámia mátrix nem minden esetben tudja teljes mértékben körbefogni, befogadni a töltőanyagot. A kapott polikristályos mátrix jelentős mértékű porozitást is mutathat, amely részben vagy majdnem teljesen a fém fázis helyében alakul ki, de az üres terek részaránya a kapott termék térfogatában alapvetően függ egyéb tényezőktől is, mint a hőmérséklet, a reakció időtartama, a fém alapanyag típusa, az alkalmazott dópoló összetevők koncentrációja. A polikristályos kerámia anyagú struktúrákban az oxidációs reakciótermék általában egymással kapcsolódó kristallitokként jön létre, ahol a krisztallitok lényegében háromdimenziós szerkezetet határoznak meg. A háromdimenziós szerkezetben fémes fázisok, illetve pórusok lehetnek, amelyek legalábbis részben kapcsolódhatnak egymással. A határfelületet a kerámia anyag egyértelműen meghatározza. A permeábilis szerkezetű réteg ennek megfelelően határfelületet állapít meg az önhordó kerámia szerkezet részére és hozzájárul ahhoz, hogy a kapott összetett szerkezetű önhordó kerámia tennék külső felületei a kívánt helyeken alakuljon ki.

A találmány szerinti eljárással előállított kerámia tennék általában olyan tömör anyagú test, amelyben a polikristályos szerkezetű mátrix és a mátrixban jelen levő töltőanyag a térfogatnak 5... 98 t%-át tölti ki. A polikristályos mátrix alumínium fém alapanyag esetén 60 ... 99 tf%-ban (a polikristályos mátrix térfogatára vonatkoztatva) egymással kapcsolódó alfa-módosulatú alumímum-trioxidból áll, míg 1... 40 tf%-ot (ugyancsak a mátrixra vonatkoztatva) a fém alapanyagnak az oxidációs reakcióból kimaradt összetevői foglalnak el.

A találmány szerinti eljárás foganatosításában különösen előnyösnek bizonyult az alumínium, illetve alumínium alapú fém alapanyagok alkalmazása, amikoris a kerámia mátrixot elsősorban alumínium-trioxidként hozzuk létre. Ez ugyan igen előnyös, de nem az egyetlen lehetőség, hiszen a tapasztalat azt mutatta, a találmány szerinti eljárás számos más fém esetében is foganatosítható. Az ilyen fémek példái az ón, a szilícium, a titán, a cirkónium, amelyek mellett olyan oxidálószerek választhatók, amelyek révén oxidok, nitridek, boridok, karbidok és hasonlók állíthatók elő. A találmány szerinti eljárás foganatosítása, de nyilvánvaló, hogy a legalább egy egyértelműen kijelölt határfelülettel ellátott laza ágyak, töltőanyagok és hasonlók ugyancsak alkalmasak az oxidációs reakció közegként való felhasználásra. Éppen ezért a leírásban az előminta, a permeábilis szerkezetű előminta általában a töltőanyag laza szerkezetű ágyát is jelenti, amelyen az oxidálószer gőz vagy gáz halmazállapotú összetevője képes áthatolni és amelyet a fém alapanyag képes megnedvesíteni, így az oxidációs reakciótennék szerkezetébe beépíteni.

A találmány szerinti eljárás egy lehetséges foganatosítását a csatolt ábra alapján mutatjuk be. Itt lényegében semleges anyagú töltőanyagból álló 12 ágyba 10 fém alapanyag van beágyazva oly módon, hogy a fém felső felülete a 12 ágy felületével lényegében egybeesik. A 10 fém alapanyagon meghatározott alakú, 16 körvonallal jellemzett 14 előminta van elrendezve. A 16 körvonal által meghatározott felületen 18 permeábilis szerkezetű réteg van kialakítva, amely a 16 körvonalat mindenütt pontosan követi, azt nem bontja meg. Az így kapott elrendezés tűzálló anyagú 20 edényben vagy csónakban van elhelyezve. Az elrendezésből jól látszik, hogy a fém alapanyagból az oxidációs reakciótermék a 14 előminta anyagába behatolva fog növekedni. A növekedés iránya aló körvonal. Az oxidációs reakciótermék a 14 előminta anyagát átjárja, azt magába fogadja és így eléri a 18 permeábilis szerkezetű réteg egy részét is. Az oxidációs reakciót az ábrán nem bemutatott kemencében hajtjuk végre. Ekkor megnövelt hőmérsékletet biztosítunk, a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidáló összetevő utánpótlásának fenntartása mellett, így kedvező feltételeket teremtünk az oxidációs reakció lefolytatásához. A polikristályos kerámia anyag a 14 előminta anyagába behatolva növekszik, eléri aló körvonallal meghatározott felületeket, majd a 18 permeábilis szerkezetű rétegbe is legalább részben behatol. Eközben a 14 előminta szemcséi helyüket lényegében nem változtatva ágyazódnak be az oxidációs reakciótermékbe. A folyamat befejezésekor olyan átmeneti jellegű kerámia termék keletkezik, amelynek felületén, a 18 permeábilis szerkezetű réteg helyén kerámia réteg marad vissza és ez a 14 előminta anyagát átjárt oxidációs reakciótermékből keletkezett összetett szerkezetű önhordó kerámia termék felületét borítja. A kerámia réteg mechanikai integritása kisebb vagy nagyobb mértékben alatta marad az összetett szerkezetű önhordó kerámia termék mechanikai integritásának, ezért az utóbbi felületéről annak károsodása, strukturális módosítása nélkül könnyen eltávolítható, például homokfúvással. A leginkább javasolt eljárás az, hogy a kemencében előállított közbenső kerámia terméket hagyjuk lehűlni, például kiemelve azt a kemencéből, mielőtt a kerámia réteget eltávolítanánk. A 16 körvonallal meghatározott felület mentén így a kerámia réteget viszonylag könnyen el lehet távolítani, míg eredményeként olyan összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket nyerünk, amelynek a 18 permeábilis szerkezetű réteg által meghatározott, egy adott alakot pontosan követő felülete van.

A találmány szerinti eljárás foganatosításához szert alkalmazunk. A gőz vagy gáz halmazállapot a folyamat feltételei mellett értendők, vagyis a hevítés hőmérsékletén kell oxidáló hatású atmoszférát biztosítalak A gőz fázisú oxidálószerek tipikus példái azok az

HU 203 862 Β elemek vagy vegyületek illetve kombinációik, amelyek a folyamat feltételei között gázként vagy gőzként vannak jelen. így keverékben vagy külön-külön használhatók a következők: oxigén, nitrogén, halogén elem, kén, foszfor, arzén, szén, bór, szelén, tellúr, ezek vegyületei és keverékei, a metán, etán, propán, acetilén, etilén, propilén (a szénhidrogének a szén forrásai), továbbá olyan keverékek mint a levegő, H₂/H₂O és CO/CO₂, illetve ez utóbbi kettő (tehát a H₂/H₂O és a CO/CO^ keverékei, amelyek különösen alkalmasak a környezet oxigénaktivitásának csökkentésére. A levegőt különösen előnyösnek kell nyilvánvaló gazdasági szempontok miatt tekinteni. Ha az oxidálószert úgy azonosítjuk, hogy az egy meghatározott gázt vagy gőzt tartalmaz, esetleg ebből 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 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 reakciójának lefolytatásánál levegő alkalmazása esetén 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 oxidálószerként nem említehető meg. A nitrogéntartalmú gáz, mint oxidálószer példája lehet a 96 tf% nitrogént és a 4 tf% hidrogént tartalmazó formázó gáz.

Az oxidálószernek lehet szilárd és/vagy folyékony halmazállapotú Összetevője is, ahol a halmazállapot az oxidációs reakció megemelt hőmérsékletén értendő. A szilárd és/vagy folyékony halmazállapotú oxidálószer kiegészíti a gáz vagy gőz halmazállapotú oxidálószert. A szilárd oxidálószer alkalmazása esetén ezt általában a töltőanyag ágyában eloszlatjuk, vagy a fém alapanyag környezetében a töltőanyag adott részében kikeverten használjuk, amikoris szemcsés anyagként a töltőanyag részecskéivel keveredik, vagy esetleg a szemcsés töltőanyag részecskéin létrehozott bevonatként van jelen. A szilárd oxidálószerek között vannak elemek, mint a bór vagy a szén, de találhatók közöttük redukálható vegyületek is, mint oxidok, karbidok, vagy boridok, ha azok termodinamikai stabilitása kisebb mint a fém alapanyag és az oxigén vagy bór vagy szén reakciójával létrejövő terméké.

A folyékony oxidálószerek alkalmazása esetén a töltőanyag tömegének egészét vagy célszerűen csak egy részét, mégpedig a megolvasztott fém alapanyag környezetében impregnáljuk, mégpedig a töltőanyag átitatásával vagy részecskéinek bevonásával. Amikor folyékony oxidálószert említünk, olyan anyagot értünk ezen, amely az oxidációs reakció feltételei között folyékony halmazállapotú még akkor is, ha ezt a halmazállapotot szilárd halmazállapotból kiindulva a megemelt hőmérséklet hatásával biztosítjuk. Ezért az oxidációs rekció hőmérsékletén megolvadó sók is folyékonyoxidálószemek minősülnek. A folyékony oxidálószernek lehet folyékony halmazállapotú elővegyülete is, például olyan anyag oldata, amelyet a töltőanyag egészének vagy egy részének impregnálására annak bemerítésével használunk, és amely az oxidációs reakció feltételei között megolvad vagy felbomlik és ezzel biztosítja a szükséges oxidáló összetevőt. A folyékony oxidálószerek példái között kell említeni a kis olvadáspontú üvegeket.

Az előminta anyagát elegendően nagy porozitással, illetve permeabilitással kell összeállítani ahhoz, hogy az oxidálószer, pontosabban annak gőz vagy gáz halmazállapotú összetevője az anyagon áthatolhasson és a fém alapanyaggal érintkezésbe léphessen. Az előminta szerkezetüeg elegendően nagy permeabilitást kell, hogy mutasson az oxidációs reakciótermékkel szemben is, amelynek növekedése során az előminta szerkezete lényegében nem változhat. Ez annyit jelent, hogy az előminta konfigurációját vagy geometriáját a növekvő oxidációs reakciótermék az anyag elrendezésének megzavarásával, a részecskék áthelyezésével vagy bármilyen más módon nem változtathatja meg. Abban az esetben, ha az oxidálószernek szilárd és/vagy folyékony halmazállapotú összetevője is van, vagyis a gáz vagy gőz halmazállapotú összetevőt más oxidáló hatású összetevők is kiegészítik, az előmintát úgy kell összeállítani, hogy az oxidációs reakció terméke bármely oxidálószert is alapul véve szerkezetében annak megzavarása nélkül növekedhessen. Nyilvánvaló, hogy a továbbiakban az előminta vagy permeábilis szerkezetű előminta fogalmán olyan anyagelrendezést értünk, amely a megfelelő alak mellett az előzőekben említett porozitási és/vagy permeabilitási követelményeknek képes eleget tenni.

A permeábilis szerkezetű előminta formázását, kialakítását az ismert hagyományos módszerekkel lehet vérehajtani, amikoris előre meghatározott alakot hozunk létre. Az ismert módszerek között szerepelhet a fröccsöntés, a szedimentációs öntés, a különböző minták alkalmazása, a vákuum formázás, stb., amelyekre itt nem kívánunk különösen kitérni, hiszen a találmány tárgyát nem érintik. A formázás módszerét általában az anyag minősége határozza meg. A permeábilis szerkezetű előminta, mint már említettük, a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer hatását fokozó, kiegészítő folyékony vagy szilárd halmazállapotú összetevőt is tartalmazhat. Az előmintát legalább egy jól meghatározott határfelülettel kell létrehozni, anyaga viszonylag alaktartó legyen, nyers állapotú szilárdságával biztosítsa az előkészítő műveletek során az alaktartást, illetve a kerámia mátrix kifejlesztése során midaddig őrizze meg eredeti alakját, amíg a kerámia anyag azt ki nem tölti. A permeábilis szerkezettel természetesen biztosítani kell az oxidációs reakciótermék polikristályos részecskéivel történő átjárhatóságot. Mindez annyit jelent, hogy az előminta permeábilis szerkezetű anyagát olyan összetevőkből kell öszszeállítani, amelyeket a megolvadt fém alapanyag képes megnedvesíteni, és amelyeket a polikristályos oxi-81

HU 203 862 Β dációs reakciótermék egymáshoz tud kötni vagy kapcsolni, aminek révén az előminta belsejében nagy integritású, a kiindulási alakot hűen megőrző összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket kapunk.

Az előminta méreteivel és alakjával szemben különösebb megkötést nem állítunk. Lényeges azonban, hogy viszonylag nagy felületen érintkezzen vagy közel legyen a fém alapanyaghoz és legalább egy határfelületét az előzőekben már említett permeábilis szerkezetű réteg borítsa, amely a növekvő polikristályos kerámia mátrix kifejlesztésének végállomását jelenti. Példaként említhetjük, hogy az előminta félgömb alakú kialakításánál célszerű a fém alapanyag felületével a félgömb sík felületét kapcsolatba hozni, míg a dómszerű gömbfelület adja azt a meghatározott határfelületet, ameddig a polikristályos kerámia mátrixot növeszteni kell. Ha az előminta kocka alakú, akkor a fém alapanyag célszerűen az egyik felületnél van elrendezve, míg a további öt oldal az a határfelület, ameddig a polikristályos kerámia mátrixot növesztjük Az oxidációs reakció során a polikristályos anyag mátrixa egyszerűen behatol az előminta anyagába, majd azt kitöltve eléri a külső réteget, azt is átjárja, miközben magába fogadja az előminta anyagát, ahhoz kapcsolva a felvitt réteg anyagát is. Eközben az előminta szerkezetében, alakjában változás nem következik be.

A találmány szerinti eljárás foganatosításához szükséges előmintát számos különböző alakú és anyagú féltennékből lehet összeállítani. Ezek között szerepelnek a kerámia és/vagy fém szemcsék, porok, szálak fonalak huzalok tömörítvények üreges vagy tömör testek, szövetek stb. Az előminta készülhet laza szerkezetű vagy egymással kapcsolódó frakciók együtteseként, ahol belső nyílásokat, járatokat, kapcsolódó üregeket képezünk ld abból a célból, hogy az oxidálószer és az infiltrációval kialakuló megolvadt fém azon átjárhasson, az oxidációs reakciótermék növekedésének feltételei adottak legyenek, ez a növekedés ne okozza az előminta szerkezetének lepusztulását. Az előminta anyagába szilárdságnövelő rúdszerű elemeket, csöveket, lemezeket, szálakat, gömbszerű vagy más alakú tömörítvényeket, szöveteket, tűzálló szálakból kialakított textíliákat és hasonlókat lehet elrendezni, amivel az alaktartást tudjuk javítani. Az előminta anyaga lehet homogén és heterogén. Az előminta létrehozása során az ehhez szükséges anyagokat, például a kerámia porokat vagy tömörítvényeket minden olyan kötőanyaggal megszilárdíthatjuk, amely a reakció feltételei között indifferens marad és nem hagy maga mögött olyan vegyületeket, melléktermékeket, amelyek a kerámia anyag tulajdonságait lerontanák. A sziliéium-karbid vagy alumínium-trioxid töltőanyagként történő alkalmazása tűnik a leghatásosabbnak. Ennek szemcsézettsége általában a 10 ... 1000 grit tartományba esik, de ennél kisebb vagy nagyobb szemcsék is beépíthetők. A szemcséket egymással összeolvaszthatjuk, szerves kötőanyaggal szuszpenziót képezhetünk belőlük, a szuszpenziót mintába önthetjük A mintát így kitöltő anyagot szükség szerint szárítjuk, melegítjük és ezzel megszilárdítjuk.

A töltőanyagból készült ágy, illetve az előminta létrehozására számos anyag alkalmas. A példakénti felsorolás előtt említjük azt a feltételt, hogy ezek az anyagok az oxidációs folyamat során, a hevítés megemelt hőmérsékletén ne legyenek illékonyak. További feltétel a jó termodinamikai stabüitás, a reakcióképesség, illetve az oldhatóság igen kis szintje a fém alapanyaggal szemben. Adott esetben jó megoldás az is, ha a töltőanyagot olyan részecskékből hozzuk létre, amelyek a fém alapanyaggal egyébként reakcióba lépő vagy instabilis részecskéket bevonat alatt tartalmazza. Alumíniumot mint fém alapanyagot és levegőt mint oxidálószert használva a töltőanyag tipikus példái a különböző fémek oxidjai, boridjai, nitridjei és karbidjai, a fémek összetett vegyületei, a bevont szénszálak. A fémek között szerepel az alumínium, a cérium, a hafnium, a lantán, a prazeodímium, a szamárium és a cirkónium. Az összetett fémvegyületekre példa a magnézium-aluminát spinell. Egyes anyagokat bevonattal láthatunk el, amelynek segítségével az oxidációs folyamatban való részvételük kizárható. A bevonatot ilyenkor a kerámia mátrix anyagával kompatibilis összetétellel kell megválasztani.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során az előminta készülhet egyedi darabként vagy olyan mintaként, amely komplex alakot kiadó együttes része. A felismeréshez tartozik az is, hogy ha több előmintát egymás mellé helyezünk, akkor az oxidációs reakciótennék képes azokat folyamaosan átjárni, igy a több előmintát tartalmazó együttesből egységes kerámia test hozható létre. Az egy vagy több felületen permeábilis szerkezetű réteggel borított előminták együttesét ilyenkor úgy rendezzük el, hogy az oxidációs reakciótermék az előminták anyagába hatoljon be először, és csak azok átjárása után érje el a külső réteget, vagyis az előminták szerkezetén belül egységes kerámia anyag jöjjön létre. Ezzel a megoldással olyan komplex alakzatokat lehet kerámia anyagból gyártani, amelyek a hagyományos kerámia készítési technológiák szerint nem állíthatók elő. Ennek megfelelően a találmány szerinti eljárás nyilvánvalóan felöleli az előmintákból álló együttesek alkalmazását, amikoris a komplex alakzatot a zoxidációs reakciótermék keletkezése biztosítja.

A fém alapanyaggal együtt szokásos dópoló anyagok alkalmazása is. Ezek kedvezően képesek az oxídatív 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 esetén 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 ad9

HU 203862 Β ják, (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 dópoló 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 dópoló alapanyag felvitele. Igen hasznos megoldás az, amikor a dópoló anyagból vagy anyagokból folyadékot, például oldatot készítünk és ezzel az előminta anyagát, illetve a töltőanyag ágyát átitatjuk. A töltőanyagban a dópoló anyag külön rétegként is elrendezhető, amikoris az előmintában belső nyílásokkal, járatokkal, perforációval, üres terekkel és hasonlókkal biztosítjuk a permeabilitást.

A dópoló anyagok bevitelének egy másik formája az, hogy forrásként merev testet készítünk a dópoló anyagból és azt a fém alapanyag valamint az előminta felülete között rendezzük el. így például alumínium fém alapanyagot oxidációja esetén hasznos dópoló összetevőt tartalmazó szilicium-dioxid alapú üveg vékony rétegét helyezhetjük el az előminta és a fém alapanyag érintkező felületei között. Amikor a szükség szerint magnéziummal ötvözött, tehát dópoló anyaggal kiegészített alumínium fém alapanyagot oxidáló környezetben megolvasztjuk (pl. alumínium esetében levegőt használunk, a hőmérséklet a 850 ... 1450 ’C, előnyösen a 900 ... 1350 ’C tartományba esik), a polikristályos kerámia szerkezet az előmintát, illetve a töltőanyag ágyát átnőve vastagszik Ha a dópoló anyagot kívül helyezzük el a fém alapanyag felületének legalább egy részén, a polikristályos kerámia szerkezet a dópoló anyag rétegét átnőve hatol be a permeábilis szerkezetű előmintába, vagy belőle a dópoló anyag rétegénél vastagabb tennék keletkezik. A fém alapanyag felületén és/vagy a töltőanyagban, illetve az előmintában egy vagy több dópoló összetevő a fentiek szerint kívülről is aktivizálható. A fém alapanyagot ötvöző összetevőkkel kiegészítve és/vagy az előzőekben említett formák valamelyikével a dópoló anyagot kívülről is bevíve az oxidációs reakció feltételei jól befolyásolhatók. Ha úgy találjuk, hogy a fém alapanyaghoz ötvözőként bevitt összetevő koncentrációja kicsi, akkor a koncentrációt a töltőanyaghoz adagolhatjuk vagy a fém alapanyag felületére pl. porként vihetjük fel, ami a koncentráció kiegészítését biztosítja. Természetesen a fordított lehetőség is adott.

Alumíniumot mint fém alapanyagot használva, ha az oxidálószer 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... 101%, mindegyikre külön-külön. A dópoló anyagok koncentrációját általában olyan egyéb tényezőktől függően határozzuk meg, mint a dópoló anyagok 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 oxidációs reakció eredményeként kapott kerámia anyag növekedési morfológiája kedvező legyen.

A fentieknek megfelelően tehát a körülményektől függően egy vagy több dópoló anyag használható. így pl. alumínium fém alapanyag és levegő mint oxidálószer esetén a dópoló anyagok különösen kedvező kombinációi a következők: (a) magnézium és szilícium, vagy (b) magnézium, cink és szilícium. Az említett kombinációkban a magnézium javasolt koncentrációja 0,1 ... 3 t%, a cinkre az 1 ... 61% részarány, míg a szilíciumra az 1 ... 10 t% részarány bizonyult különösen előnyösnek

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 ritka földfémek, mint például a cérium, lantán, prazeodínium, neodímium és szamárium különösen más dópoló anyagokhoz keverve szintén jó dópoló anyagók.

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 összetevőből 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 polikristályos összetevője a kijelölt felületeknél a többieknél erőteljesebben képes az előminta anyagába átnőni. A polikristályos szerkezetű kerámia anyag növekedési folyamatát tehát a dópoló anyag lokalizált elrendezésével is elő lehet segíteni, amikor az előminta kijelölt felületénél beépített beépített dópoló anyag hatására az előmintában a kerámia, az anyag növekedése szabályozott módon zajlik. A dópoló anyagot tartalmazó bevonat vagy réteg általában viszonylag vékony, különösen ha 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 dópoló anyag 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 üvegszerű rétege, esetleg filmje az előminta felületével érintkezve is elhelyezhető. A dópoló anyagban lehetnek szerves vagy szervetlen kötőanyagok, vivőanyagok, oldószerek és/vagy egyéb szerkezeti anyagok. A

-101

HU 203 862 Β fém alapanyag felületére felszórt, azzal jól kötődő bevonatot alkotó porszerű dópoló anyag szintén ismert felület egészére vagy csak egy részére. A folyékony szuszpenzió, amely vízzel és szükség szerinti szerves kötőanyaggal készült szórással vihető fel a fém alapanyag, vagy az előminta felületére, belőle az oldó- és kötőszer nedves összetevőjének elpárologtatása után jól tapadó bevonat alakul ld, amely az előmintának és a fém alapanyagnak a megmunkálás előtti kezelését nem zavarja.

A kívülről felvitt dópoló anyagok általában a felület egy részét borítják, a fém alapanyagon kialakított egységes vastagságú réteg formájában. 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 alumíniumot és magnéziumot tartalmazó fém alapanyag esetén, ha az oxidálószer levegő vagy oxigén, a szilícium -dioxid réteg alkalmas arra, hogy szilícium forrása 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 részére visszük fel és a felületi részarány a dópoló anyaggal bevont felületre vonatkozik. Egy másik kísérletben alumíniumot és szilíciumot tartalmazó fém alapanyagból oxigén vagy levegő mint oxidálószer jelenlétében alakítottunk ki kerámia struktúrát és azt találtuk, hogy a magnézium, mint dópoló anyag magnézium-oxid (MgO) formában már a fém alapanyag minden grammjára számított 0,0008 körüli mennyiségben, vagy ami ezzel egyenértékű, a magnézium-oxiddal bevont felület minden négyzetcentiméterére felvitt kb. 0,003 g magnézium a kívánt hatást kifejtette. Úgy tűnik, hogy a dópoló anyagok mennyiségének növelése egy bizonyos határig az öszszetett szerkezetű kerámia test előállításához szükséges reakció időtartamát csökkenti, de ez a hatás nem egyértelmű, függ a dópoló anyag minőségétől, a fém alapanyagtól és az oxidatív reakció feltételeitől.

Ha a fém alapanyag alumínium, amelyet magnéziummal mint dópoló anyaggal ötvözünk és az oxidálószer levegő vagy oxigén, megfigyelhető, hogy a 820 ... 950 ’C értéktartományban a magnézium legalább részben oxidként elhagyja az ötvözetet. Ilyen esetekben a magnézium-oxid és/vagy magnézium-aluminát spinell keletkezik, amely a magnéziummal dópolt alumínium felületén dúsul fel. A növekedési folyamat során ezek a magnéziumvegyületek a fém alapanyag felületén kezdetben elfoglalt helyüket megtartják, mondhatni „iniciálé felületet” alkotnak, amelytől kiindulva a kerámia struktúra növekszik Ez viszonylag vékony réteget jelent, amelyet szükség szerint a belőle kiindulóan kinövesztett alumínium-trioxid alapú kerámia struktúra felületéről egyszerű eszközökkel el lehet távolítani. A tapasztalat szerint ez az általában magnézium-aluminát spinell összetételű iniciálé felület homokfúvással, a fémmegmunkálás ismert eszközeivel, csiszolással, stb. könnyen leszedhetők

A találmány tárgyát a továbbiakban egy példa mutatja be még részletesebben.

1. példa

Alumínium ötvözetből, amely 51% szilíciumot, 31% magnéziumot, 91,7 t% alumíniumot és 0,3 t% szenynyezőt tartalmaz, 25,4 mm vastag 22,2 mm széles és 203 mm hosszú blokkot készítettünk amelyet vízszintesen a Norton Co. által gyártott 100 mesh szemcsézettségű 38 Alundum jelű viszonylag semleges alumínium-trioxid anyagú ágyon helyeztünk el. Az ágy tűzálló edényben volt elrendezve. Ezt követően meghatározott határfelülettel kialakított előmintát helyeztünk a blokkra. Az előmintát a hagyományos szedimentációs öntési technikával készítettük mégpedig 47,61% alumínium-trioxidot (a Norton Co. 1000 mesh szemcsézettségű E67 Alundum jelű termékét), 23,7t% kaolinagyagot (az EPK, Georgia Kaolin cég 98 t%-ban legfeljebb 20 μη szemcsézettségű anyagot tartalmazó termékét) valamint 28,51% vizet tartalmazó szuszpenzióból. Az összetevőkből homogén keveréket készítettünk és azt a kívánt alakú, alabástromgipszből készült mintába öntöttük A 20 perces pihentetés után az előmintát 90 ’C hőmérsékleten kiszárítottuk majd levegő jelenlétében 700 ’C hőmérsékleten 30 percen keresztül előégettűk. Az előmintára cirkónium-dioxidból, pl. 24 mesh szemcsézettségű anyagból álló réteget vittünk fel nagyjából 76 mm vastagságban. Az így kapott elrendezést levegő utánpótlásának biztosításával kialakított kemencébe helyeztük és a levegő utánpótlásának fenntartása mellett 96 órán keresztül 1000 ’C hőmérsékleten tartottuk. A hevítés eredményeként cirkónium-dioxid alapú kerámia réteggel borított összetett szerkezetű önhordó kerámia testet nyertünk ahol mind a test, mind pedig az előminta anyagában az alumínium - trioxid mint alapősszetevő volt a meghatározó. A cirkónium-dioxid réteg jelenléte miatt létrejött kerámia réteg mechanikai integritása jóval kisebbnek mutatkozott, mint a vele borított, alumíniumtrioxid alapú kerámia mátrixból felépülő, az előminta anyagát befogadó kerámia testé. A kemencében előállított terméket kinyertük majd lehűtöttük és a hideg tennék felületéről a kerámia réteget homokfúvással eltávolítottuk fly módon olyan összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket kaptunk amelynek határfelületét a kezdetben felvitt cirkónium-dioxid réteg határfelülete egyértelműen kijelölte és az a kívánt alakot nagy pontossággal követte.

Claims (26)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás összetett szerkezetű önhordó kerámia termékek előállítására, amikoris fém alapanyagból lényegében a fém alapanyag egy vagy több oxidáló összetevőt, de legalább egy gáz vagy gőz halmazállapotú oxidáló összetevőt tartalmazó oxidálószerrel végrehajtott

   -111

   HU 203 862 Β reakciójával kapott oxidációs reakciótermékből és adott esetben egy vagy több fémes összetevőből, közöttük a fém alapanyagból felépülő polikristályos mátrixot alakítunk ki oxidációs reakcióval és a polikristályos mátrix kerámia szerkezetét töltőanyagbői álló massza belsejében növesztve hozzuk létre, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagot (10) olvadáspontját míghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletre hevítve megolvasztjuk és ezzel belőle olvadéktestet képezünk;

   az olvadéktestet térbeli kapcsolatba hozzuk a töltőanyagot tartalmazó permeábilis szerkezetű masszával, amelynek legalább egy oldalfelületén az oldalfelület geometriájával lényegében konform, az oxidálószer gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőjével szemben permeábilis anyagú és az oxidációs reakciótermék növekedése során az oxidációs reakcióterméket befogadó, növekedésével szemben permeábilis szerkezetű réteget (10) alakítunk ki, ahol permeábilis szerkezetű réteget (18) legalább részben a térbeli kapcsolat helyétől térközzel választjuk el és ezzel az oxidációs reakciótermék számára a töltőanyag permeábilis szerkezetű masszájába való behatolás, a permeábilis szerkezetű réteg (18) irányában és legalább részben a permeábilis szerkezetű rétegbe (18) való növekedés lehetőségét biztosítjuk;

   majd a hőmérsékletet a fém alapanyag (10) olvadáspontjánál magasabb, de az oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó értéken tartjuk;

   a fém alapanyag (10) olvadéktestét az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és belőle folyamatosan az oxidációs reakcióterméket képezzük, miközben az oxidációs reakciótermék legalább egy részét az olvadéktest felületével, illetve az oxidálószerrel érintkezésben tartjuk, ezzel a fém alapanyagot (10) az oxidációs reakciótermék már létrejött rétegén keresztül az oxidálószer felé transzportfolyamatban elszállítjuk, az elszállított megolvasztott fém alapanyagból (10) a már kialakult oxidációs reakciótermék és az oxidálószer határfelületén az oxidációs reakciót folytatva az oxidációs reakcióterméket a töltőanyagból álló permeábilis szerkezetű ágyban (12) folyamatosan létrehozzuk, ezzel összetett szerkezetű kerámia testet hozunk létre, majd a transzportfolyamat fenntartásával a permeábilis szerkezetű rétegnek (18) legalább egy részét elérő, a rétegnek (18) legalább egy részébe behatoló oxidációs reakcióterméket készítünk, amellyel az összetett szerkezetű kerámia test felületét borító kerámia réteget, és ennek révén a kerámia réteggel meghatározott felületű összetett szerkezetű önhordó kerámia testet állítunk elő, és ezt követően a kerámia réteggel meghatározott felületnek legalább egy részéről a permeábilis szerkezetű réteg (18) eredeti anyagát eltávolítjuk, és meghatározott felülettel határolt összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket alakítunk ki.
2. 2. Eljárás Összetett szerkezetű önhordó kerámia termékek előállítására, amikoris fém alapanyagból lényegében a fém alapanyag (10) egy vagy több oxidáló ösz12 szetevőt, de legalább egy gáz vagy gőz halmazállapotú oxidáló összetevőt tartalmazó oxidálószerrel végrehajtott reakciójával kapott oxidációs reakciótermékből és adott esetbői egy vagy több fémes összetevőből, közöttük a fém alapanyagból (10) felépülő polikristályos mátrixot alakítunk ki oxidációs reakcióval és a polikristályos mátrix kerámia szerkezetét töltőanyagból (12) álló massza belsejében növesztve hozzuk létre, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagot (10) olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletre hevítve megolvasztjuk és ezzel belőle olvadéktestet képezünk;

   a töltőanyagból (12) kívánt alakzatnak megfelelő alakú dőmintát (14) képezünk ki, ahol az oxidációs reakciótermékkel szemben permeábilis szerkezetbe rendezhető töltőanyagot (12) választunk, az előminta (14) legalább egy felületén a felület geometriájával lényegében konform, az oxidálószer gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőjével szemben permeábilis anyagú és az oxidációs reakciótennék növekedése során az oxidációs reakcióterméket befogadó, növekedésével szemben permeábilis szerkezetű réteget (18) alakítunkki, az elömintát (14) az olvadéktesttel érintkeztetjük és úgy rendezzük el, hogy az oxidációs reakcíótermék az előminta (14) anyagába behatolva növekedjen a permeábilis szerkezetű réteggel (18) borított felület irányába, a felületet elérve hatoljon be az ott elrendezett permeábilis szerkezetű rétegbe (18);

   majd a hőmérsékletet a fém alapanyag (10) olvadáspontját meghaladó, de az oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó értéken tartjuk;

   a fém alapanyagból (10) álló olvadéktestet az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és belőle az oxidációs reakcióterméket folyamatosan képezzük, miközben az oxidációs reakciótermék legalább egy részét az olvadéktest felületével, illetve az oxidálószerrel érintkezésben tartjuk, ezzel a fém alapanyagot (10) az oxidációs reakciótermék már létrejött rétegén keresztül az oxidálószer felé transzportfolyamatban elszállítjuk, az elszállított megolvasztott fém alapanyagból (10) a már kialakult oxidációs reakciótermék és az oxidálószer határfelületén az oxidációs reakciót folytatva az oxidációs reakcióterméket a töltőanyagból álló permeábilis szerkezetű előmintában (14) folyamatosan létrehozzuk, ezzel összetett szerkezetű kerámia testté alakítjuk át, majd a transzportfolyamat fenntartásával a permeábilis szerkezetű rétegnek (18) legalább egy részét elérő, a rétegnek (18) legalább egy részébe behatoló oxidációs reakcióterméket készítünk, amellyel az összetett szerkezetű kerámia test felületét borító kerámia réteget, és ennek révén a kerámia réteggel meghatározott felületű összetett szerkezetű önhordó kerámia testet állítunk elő, ahol a kerámia rétegnek az oxidációs reakciótermékkel átjárt rétegnél kisebb mechanikai integritást biztosítunk és ezt követően a kerámia réteggel meghatározott felületnek legalább egy részéről a kerámia anyagot eltávolítjuk, és meghatározott felülettel határolt összetett szerkeze-121

   HU 203 862 Β tű önhordó kerámia terméket alakítunk ki.
3. 3. Eljárás összetett szerkezetű önhordó kerámia termékek előállítására, amikoris fém alapanyagból lényegében a fém alapanyag egy vagy több oxidáló összetevőt, de legalább egy gáz vagy gőz halmazállapotú oxidáló összetevőt tartalmazó oxidálószerrel végrehajtott reakciójával kapott oxidációs reakciótermékből és adott esetben egy vagy több fémes Összetevőből, közöttük a fém alapanyagból felépülő polikristályos mátrixot alakítunk ki oxidációs reakcióval és a polikristályos mátrix kerámia szerkezetét töltőanyagból álló massza belsejében növesztve hozzuk létre, azzal jellemezve, hogy a fán alapanyagot (10) olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótennék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletre hevítve megolvasztjuk és ezzel belőle olvadéktestet képezünk, ahol alumínium fém alapanyagot (10) választunk és azt a 850 ’C ... 1450 °C tartományba eső hőmérsékletre hevítjük;

   a töltőanyagból kívánt alakzatnak megfelelő alakú előmintát (14) képezünk ki, ahol aluminium-trioxiddal mint az oxidációs reakciótermékkel szemben permeábilis szerkezetbe rendezhető töltőanyagot választunk, az előminta (14) legalább egy felületén a felület geometriájával lényegében konform az oxidálószer gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőjével szemben permeábilis anyagú és az oxidációs reakciótermék növekedése során az oxidációs reakcióterméket befogadó, növekedésével szemben permeábilis szerkezetű réteget (18) alakítunk ki, az előmintát (14) az olvadéktesttel érintkeztetjük és úgy rendezzük el, hogy az oxidációs reakciótennék az előminta (14) anyagába behatolva növekedjen a permeábilis szerkezetű réteggel (18) borított felület irányába, a felületet elérve hatoljon be az ott elrendezett permeábili sszerkezetű rétegbe (18);

   majd a hőmérsékletet a fém alapanyag (10) olvadáspontjánál magasabb, de az oxidációs reakciótennék olvadáspontja alatt maradó értéken tartjuk;

   a fém alapanyag (10) olvadéktestét az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és belőle folyamatosan az oxidációs reakcióterméket képezzük, miközben az oxidációs reakciótermék legalább egy részét az olvadéktest felületével, illetve az oxidálószerrel érintkezésben tartjuk, ezzel a fém alapanyagot (10) az oxidációs reakciótermék már létrejött rétegén keresztül az oxidálószer felé transzportfolyamatban elszállítjuk, az elszállított megolvasztott fém alapanyagból (10) a már kialakult oxidációs reakciótermék és az oxidálószer határfelületén az oxidációs reakciót folytatva az oxidációs reakcióterméket a töltőanyagból álló permeábilis szerkezetű előmintában (14) folyamatosan létrehozzuk, ezzel összetett szerkezetű kerámia testté alakítjuk át, majd a transzportfolyamat fenntartásával a permeábilis szerkezetű rétegnek (18) legalább egy részét elérő, a rétegnek (18) legalább egy részébe behatoló oxidációs reakcióterméket készítünk, amellyel az összetett szerkezetű kerámia test felületét borító kerámia réteget, és ennek révén a kerámia réteggel meghatározott felületű összetett szerkezetű önhordó kerámia testet állítunk elő, ahol a kerámia rétegnek az oxidációs reakciótermékkel átjárt rétegnél kisebb mechanikai integritást biztosítunk és ezt követően a kerámia réteggel meghatározott felületnek legalább egy részéről a kerámia anyagot eltávolítjuk, és meghatározott felülettel határolt összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket alakítunkki.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyagot alumínium és/vagy szilíciumkarbid összetevővel készítjük el
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a permeábilis szerkezetű réteget (18) cirkónium vagy hafnium oxidjából vagy a két fém oxid jainak keverékéből alakítjuk ki.
6. 6. A 2. vagy 3.. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az előminta (14) anyagába alumíniumtrioxidot keverünk.
7. 7. A 2. vagy 3.. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként (10) alumíniumot választunk.
8. 8. Az 1 -6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként (10) szilíciumot, titánt, ónt, cirkóniumot, hafniumot tisztán vagy ötvöző összetevőként tartalmazó fémes anyagot használunk.
9. 9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálószerbe legalább egy szilárd vagy legalább egy folyékony halmazállapotú oxidáló hatású anyagot, vagy legalább egy folyékony és egy szilárd oxidáló hatású komponens keverékeként kialakított összetevőt viszünk be.
10. 10. A9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy szilárd halmazállapotú oxidáló hatású anyagként szilícium-dioxidot, szenet, redukálható karbidvegyületet, bórt vagy redukálható bórvegyületet viszünk be az oxidálószerbe.
11. 11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálószer legalább egy összetevőjét az oxigéntartalmú gázokat, a nitrogéntartalmú gázokat, halogén elemeket, a ként, a foszfort, az arzént, a szenet, a bórt, a szelént, a tellúr, a H₂/H₂O keverékeket, a metánt, az etánt, a propánt, az acetilént, az etilént, a propilént, a szilícium-dioxidot és a C0/C0₂ keverékeket tartalmazó csoportból választjuk.
12. 12. Az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oxidálószerként oxigéntartalmú gázt alkalmazunk.
13. 13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálószer egyik összetevőjeként nitrogéntartalmú gázt választunk.
14. 14. Az 1-13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ágyat (12) vagy az előmintát (14) olyan anyagból formázzuk, amelynek legalább egy frakciója üreges testekből, szemcsékből, porszerű anyagból, szálakból, forgácsokból, gömbhéj alakú testekből, gömbökből, acélgyapotból, lemezkékből, tömörítvényekből, huzalokból, rudakból, csőszerű

    -131

    HU 203 862 Β tömbökből és elemekből, lemezkékből, pelletekből, tűzálló anyagú szálakból, tablettázott anyagokból vagy ezek keverékéből van kialakítva.
15. 15. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ágyat (12) vagy az el- 6 őmintát (14) alumínium, cérium, hafnium, lantán, neodímium, prazeodímium, szamárium, szkandium, tórium, urán, ittrium, cirkónium közül legalább egy fém egy vagy több oxidjából, boridjából, nitridjéből és/vagy karbidjából álló keverékként alakítjuk ki. 10
16. 16. Az 1-15. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ágyat (12) vagy az előmintát (14) alumínium-trioxid, szilícium-karbid, szilícium-alumínium-oxinitrid, cirkónium-dioxid, bárium-titanát, bór-nitrid, magnézium-alumínát, vas- 15 króm-alumínium ötvözet és alumínium közül választott legalább egy anyagot tartalmahó tiszta anyagként vagy keverékként alakít juk ki.
17. 17. Az 1-15. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy töltőanyagként szilícium- 20 dioxidot és/vagy szilícium-karbidot és/vagy alumínium-trioxidot használunk.
18. 18. A17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ágyat (12)vagyazelőmintát(14) 10... 1000 mesh szemcsézettségű frakciókból álló szemcsés 25 anyagként állítjuk ki.
19. 19. Az 1-18. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyagba bevonattal ellátott karbonszálakat keverünk.
20. 20. Az 1-19. igénypontok bármelyike szerinti eljá- 30 rás, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagot (10) dópoló anyaggal kiegészítve használjuk.
21. 21. A 20. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy dópoló anyagként magnéziumot, cinket, szilíciumot germániumot, ónt, ólmot, bórt, nátriumot, lítiumot, kálciumot, foszfort, ittriumot és a ritkaföldfémeket befogadó csoportból legalább kettőt tartalmazó keveréket alkalmazunk.
22. 22. Az 1-21. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagként (10) alumíniumot választunk és a fém alapanyaghoz (10) legalább egy dópoló összetevőt ötvőzőanyagként adagolunk, míg legalább egy dópoló összetevőt ötvözőanyagként adagolunk, míg legalább egy dópoló összetevőt a fém alapanyag (10) felületén helyezünk el.
23. 23. Az 1-22. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kerámia réteg eredeti vagy kerámia anyagát homokfúvással, dörzsöléses lecsiszolással vagy iszapos eróziós hatással távolítjuk el a kerámia test felületéről.
24. 24. Az 1-23. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az összetett szerkezetű kerámia testet borító kerámia réteget a réteg eredeti vagy kerámia anyagának eltávolítása előtt kiegészítőleg hűtési műveletnek vetjük alá.
25. 25. Az 3-24. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az alumínium fém alapanyagot (10) 900... 1350 ‘C hőmérsékleten végzett olvasztással alakítjuk olvadéktestté.
26. 26. Az 20-25. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dópoló anyag legalább egy összetevőjét az előminta (14) anyagába vagy a töltőanyagba keverjük be.