HU204244B - Process for producing ceramic and ceramic-metal products containing filling materials - Google Patents

Process for producing ceramic and ceramic-metal products containing filling materials Download PDF

Info

Publication number
HU204244B
HU204244B HU874096A HU409687A HU204244B HU 204244 B HU204244 B HU 204244B HU 874096 A HU874096 A HU 874096A HU 409687 A HU409687 A HU 409687A HU 204244 B HU204244 B HU 204244B
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
filler
metal base
oxidation reaction
particles
metal
Prior art date
Application number
HU874096A
Other languages
English (en)
Other versions
HUT46630A (en
Inventor
Dennis T Claar
Dave J Creber
Adam J Gesing
Alan Scott Nagelberg
Steven Douglas Poste
Narasimha S Raghavan
Marek J Sobczyk
Original Assignee
Lanxide Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanxide Technology Co Ltd filed Critical Lanxide Technology Co Ltd
Publication of HUT46630A publication Critical patent/HUT46630A/hu
Publication of HU204244B publication Critical patent/HU204244B/hu

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/117—Composites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/591—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by reaction sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/6268—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering characterised by the applied pressure or type of atmosphere, e.g. in vacuum, hydrogen or a specific oxygen pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
    • C04B35/652—Directional oxidation or solidification, e.g. Lanxide process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1057—Reactive infiltration
    • C22C1/1063—Gas reaction, e.g. lanxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3865—Aluminium nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3873—Silicon nitrides, e.g. silicon carbonitride, silicon oxynitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3886—Refractory metal nitrides, e.g. vanadium nitride, tungsten nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/401—Alkaline earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/402—Aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/404—Refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/405—Iron group metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/407—Copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5276—Whiskers, spindles, needles or pins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5292—Flakes, platelets or plates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5427—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof millimeter or submillimeter sized, i.e. larger than 0,1 mm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/549—Particle size related information the particle size being expressed by crystallite size or primary particle size
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/608—Green bodies or pre-forms with well-defined density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • C04B2235/6584—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures at an oxygen percentage below that of air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • C04B2235/6585—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures at an oxygen percentage above that of air

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Preparation Of Clay, And Manufacture Of Mixtures Containing Clay Or Cement (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Description

A találmány tárgya eljárás töltőanyagot tartalmazó kerámia és kerámia-fém termékek előállítására, amikor is fém alapanyagból fizikokémiai folyamatokkal önhordó szerkezein polikristályos anyagot hozunk létre. Atalálmány szerinti eljárás segítségével töltőanyagot befogadó kerámia és kerámia-fém struktúrák hozhatók létre, mégpedig fém alapanyagnak a töltőanyagból kialakított permeábilis massza pórusaiban lejátszódó oxidációs reakciója segítségével.
Az elmúlt évek során egyre növekvő érdeklődés mutatkozik a kerámia anyagok felhasználására olyan szerkezeti elemekként, alkatrészekként, amelyeket mindeddig hagyományosan fémből készítettek. Az érdeklődés megnövekedésének alapjában az van, hogy a kerámia anyagok számos tulajdonságukat tekintve a fémeknél kedvezőbb jellemzőket mutatnak. Különösen vonatkozik ez a korrózióállóságra, keménységre, a rugalmassági modulusra, valamint a megemelt hőmérsékletekkel szembeni ellenállásra.
A nitrid alapú mátrixokkal létrehozott kerámia termékek például különösen fontosak lehetnek, mivel ezek nagy szilárdságot mutatnak megemelt hőmérsékleteken is. Ez annyit jelent, hogy a nitridek esetleg a gépkocsimotorok alkotóelemeivé válhatnak. Ebben a vonatkozásban különösen ígéretesnek tűnik a szilícium-nitrid alkalmazása. Ugyancsak a szerszámgépiparban igénylik a szüídum-nitridből készült kerámia jellegű termékeket, tekintettel kiváló fémmegmunkáló jellemzőikre.
Amegnövekvő érdeklődést jelzik azok a törekvések, amelyekkel próbálkoznak az ismerteknél nagyobb megbízhatóságú, jobb szilárdságú és merevebb kerámia termékeket előállítani. Ezek a törekvések két irányba mutatnak, mégpedig a monolitikus kerámia szerkezetek előállítási módszereinek tökéletesítésére, valamint olyan új anyagkompozíciók kifejlesztésére, amelyek összetett szerkezetű kerámia mátrixra épülnek. Az összetett szerkezet ebben az esetben heterogén anyageloszlású terméket, testet árucikket jelent, amelyet két vagy több anyagból állítanak elő. Az előállítás során biztosítják, hogy ezek az anyagok egymással szerkezetileg úgy kapcsolódjanak, hogy ennek révén a létrejött tennék a kívánt tulajdonságokatmutassa. Akét anyag egyesítésére szolgáló megoldások közül igen hasznos az, amikor az egyik anyagból mátrixot hozunk létre és a másik anyag részecskéit ebben eloszlatjuk. Ezt az elvet a kerámia jellegű mátrix létrehozásával valósítják meg, amikor is a kerámia mátrixban kis méretű szálakat, pálcikákat, szemcséket, .tőmörítvényeket stb. oszlatnak eL
A fémeknek kerámia anyagokkal történő helyettesítését több tényezőkorlátozza. Ezek közöttkell megemlíteni az alaktartást, vagyis az előállítás során bekövetkező alakváltozást a komplex alakzatok előállításának nehézkességét és a költségeket Az ismert eljárásokkal lényegében nem lehet olcsón, nagy sorozatban bonyolult alakzatokatlétrehozni kerámia anyagok alapján.
Atalálmány feladata olyan eljárás kidolgozása, amelyet szükség szerint bonyolult alakzaté kerámia termékek nagy sorozatú előállítására lehet használni, és amellyel a kívánt méretű kerámia testek lényegében egy lépésben előállíthatók.
A találmány alapját az újszerű eljárás képezi, amelynek során fém alapanyagot oxidálószerrel kapcsolatba 5 hozunk és oxidációs reakciőtermékét önhordó szerkezetű kerámia testté alakítjuk. Felismerésünk szerint a megolvasztott fémet gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerrcl hozzuk kapcsolatba, eközben a hőmérsékletet az adott oxidálószenei létrejövő oxidációs reak10 ctótermék olvadáspontja alatt tartjuk és így az oxidációs reakcióterméknek a fém alapanyaggal érintkező rétegét hozzuk létre. Az oxidációs ieakciótennék ezen a megemelt hőmérsékleten olyan kapilláris rendszerként működik, amelyen keresztül a fém alapanyag transz15 portja a megolvasztott fémtömegtől az oxidálószer felé 4 zajlik. Az oxidálószenei érintkező és általában az oxi- \ dáciős reakeiótermék felületére eljutó megolvadt fém alapanyag az oxidációs’ reakciótennék rétegét növeli, amikor oxidációja bekövetkezik. így módon olyan po20 likristályos szerkezetű kerámia test alakítható ki, amelyben a fém alapanyag kisebb vagy nagyobb mennyisége fémes formában is jelen van. Ez a fém alapanyag különjáratokat alkothat. Alkalmasan választott dópoló anyag segítségével a felismerésnek megfe25 lelő folyamat lefutása meggyorsítható. Különösen előnyösnek bizonyult a fém alapanyagként az alumínium és oxidálószerként a levegő választása, amikor is a kerámia szerkezet alapvetően az alumínium-trioxid alfa-módosulatából épül fel. Ilyenkor dópoló anyagként 30 különösen a magnézium és a szilícium alkalmazása javasolható. A felismeréshez tartozik az is, hogy a dópoló anyagot a fém alapanyag felületére vihetjük fel, amivel az esetleg beötvözött dópoló összetevők hatását lehet javítani. Az így dópolt fém alapanyag önhordó 35 szerkezetű kerámia anyagok viszonylag gyors előállítását teszi lehetővé,
Akerámia anyagok tulajdonságainak befolyásolására felismerésünk szerint igen jól lehet töltőanyagokat használni. A töltőanyag olyan, a megolvadt fém által 40 nedvesíthető szemcsés vagy porszerű réteget alkot amely a fém alapanyaggal kapcsolódik és amelyet a megolvadt fém alapanyag az oxidációs reakció során átjár, tehát bekövetkezik az oxidációs reakeiótermék infilíráeiójaa töltőanyagba. Az így kapott kerámia mát45 rixban a fémes összetevőkön kívül a töltőanyag ré- J szecskéi lényegében eredeti helyükön maradnak meg.
. A töltőanyag ágyába helyezett fém alapanyag megolvasztása önmagában azonban még nem elegendő bonyolult alakzatok, előre meghatározott geometriájú ter50 mékek előállításához.
Felismerésünk az is, hogy az oxidációs ieakciótermék infjjtrációja biztosítható kívánt alakú előmintába is, ha annak anyagát a fém alapanyaghoz megfelelően választjuk meg. Ilyenkor a fém alapanyagot az elő55 mintával hozzuk kapcsolatba, megolvasztását követően az oxidációs reakciőtermék a permeábilis szerkezetű előmintába hatol, ott kifejlődik, az előminta anyagát átnövi. Ezzel jó alakhűség érhető el, vagyis a kapott termőt alakja jól követi az előmintáét Az alakhűség 60 javítására ugyancsak felismerésünk szerint célszerű le2
HU 204244 Β hét olyan gátló elemek alkalmazása, amelyek a növekvő oxidációs reakciótennék számára gyakorlatilag átjárhataüan határfelületet jelölnek ki. Ilyenkor a töltőanyagból vagy más alkalmas anyagból létrehozott, szükség szerint formázott masszát vagy annak egy részét gátló elemmel zárjuk le, és így az oxidációs reakcióterméknek csak a gátló elemig való kifejlődését biztosítjuk. Ezzel, ugyancsak felismerésünk szerint, bonyolult, szükség szerint belső üregekkel is rendelkező alakzatok állíthatók elő.
Felsimerésünk szerint tehát fém alapanyag oxidációs reakciója biztosítható oly módon, hogy az oxidációs reakciótermék egy vagy több (általában három) dimenzióban egymással kapcsolódó részekből álló kerámia testként jön létre, amelyben egy vagy több fémes öszszetevő is több vagy kevesebb mennyiségben jelen lehet A fém részaránya - ebben általában a fém alapanyag maga, a benne eredetileg is jelen volt fémes összetevők, valamint az oxidálószerböl és a töltőanyagból adott esetben redukálható fémek vannak jelen - olyan tényezőktől függ, mint az oxidációs reakciótennék előállítási hőmérséklete, az oxidációs reakció időtartama, a fém alapanyag összetétele, a dópoló anyagok jelenléte, az alkalmazott oxidálószer és/vagy töltőanyag esetleges redukálható fémtartalma stb. A fémes összetevők sok esetben egymástól elszigetelt, a kerámia anyaggal körbevett zárványokat alkotnak, de gyakori az az eset, is amikor a szerkezetben visszamaradó fém térfogatának jelentős része egymással kapcsolódó járatokban helyezkedik el és a kerámia test külső felületéről szükség szerint hozzáférhető. A tapasztalat azt mutatja, hogy az ilyen, egymással kapcsolódó járatokban a fémes összetevők részaránya a kerámia test térfogatának általában 1... 40 tf%-a, de ennél nagyobb részarányok is adott esetben megfigyelhetők. A fémes összetevő jelenléte számos alkalmazási lehetőség szempontjából kedvező, tekintve a kerámia anyagra jellemző tulajdonságok jelenlétét. így például a kerámia struktúrát kiegészítő fém jelenlétének következménye az előállított alkatrészek nagyobb ellenállása töréssel szemben, a hővezetésnek kerámia anyagokhoz viszonyítva igen kedvező értéke és ami ezzel jár, az elektromos ellenállás, illetve vezetőképesség szintén előnyös értéktartománya.
A kitűzött cél elérése, vagyis kívánt minőségű kerámia termékek, szükség szerint fémes összetevővel kiegészített alkatrészek előállítására olyan eljárást dolgoztunk ki, amikor is a fém alapanyagból fizikokémiai folyamatokkal önhordó szeikezetű polikristályos anyagot hozunk létre, és a találmány szerint fém alapanyagot választunk, a fém alapanyagot gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerrel létrehozott oxidáló környezetben olvadáspontja fölötti hőmérsékletre hevítve megolvasztjuk, a megolvasztott fém alapanyagot töltőanyag permeábilis masszájával hozzuk kapcsolatba, ahol a töltőanyagban részecskék közötti pórusok formájában üres térfogatot biztosítunk, a fém alapanyag olvasztott állapotában való tartásához szükséges hőmérsékletet fenntartjuk és ezzel (i) a töltőanyagnak a megolvadt fém alapanyaggal való infiltrációját biztosítjuk, valamint (ii) a fém alapanyag és a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer közötti oxidációs reakciót az infiltráció és az oxidációs reakció ütemét szabályozó feltételek között oly módon folytatjuk, hogy a fém alapanyag és az oxidálószer között az infiltrációval a töltőanyagban átjárt részecskék közötti pórusok térfogatának legalább egy részében az oxidációs reakciót tovább visszük és így az oxidációs reakciótennéket a töltőanyag masszáján belül hozzuk létre, mivel a töltő10 anyag részecskéit befogadó és szükség szerint a fém alapanyag oxidálatlan részeit vagy részecskéit befogadó mátrixot hozunk létre, majd a hőmérsékletet lecsökkenjük és az előállított terméket kinyerjük.
Az oxidációs rakciótermék előállításának szabályo15 zására célszerűen a megolvadt fém alapanyagot szükség szerint csökkentett, illetve megnövelt ellenállás hatásának tesszük ki. Ebből a célból a töltőanyaggal együtt például zárt térben helyezzük el. A csökkentett nyomás elérhető úgy is, hogy az oxidálószert csökken20 tett parciális nyomással, célszerűen más gázzal hígítva alkalmazzuk.
A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módjában dópoló anyagot használunk a fém mellett, azt borításként és/vagy ötvöző összetevőként a fémmel hozzuk kapcsolatba, illetve szükség szerint a töltőanyagba keveqük be, mégpedig porított vagy szemcsés állapotban.
A találmány szerinti eljárás különösen alkalmas nitridek előállítására, amikor is a folyamat feltételei kö30 zött gőz vagy gáz halmazállpotú nitrogént vagy nitrogén leadására képes vegyületet alumíniummal vagy szilíciummal, esetleg titánnal hozunk kapcsolatba. Ilyenkor a töltőanyagot a nitrid előállítását megelőzően gázzal átmossuk az oxigén és/vagy a nedvesség meg35 kötött részének eltávolítása céljából. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során a fém alapanyag oxidálatlan mennyisége jól szabályozható.
A találmány szerinti eljárással előállított kerámia vagy kerámia-fém termékek alkalmasak számos alkal40 mazásban az eddig fémből készült termékek felváltására, tulajdonságaikat az oxidált és fémes állapotban maradó fémes összetevők részarányának szabályozásával jól tudjuk befolyásolni.
A találmány szerinti eljárás további ismertetése so45 rán alkalmazott néhány fogalom értelmezése a következő:
Az.„oxidációs reakciótermék” fogalma olyan egy vagy több fémet valamilyen oxidált, vagyis atomi állapotukhoz képest leadással vagy megosztással csökken50 tett számú elektront tartalmazó állapotban befogadó szerkezetet jelent, amelyet egy vagy több fém egy vagy több vegyülete alkot. Ennek megfelelően az „oxidációs reakciótennék” egy vagy több fém oxidálószerrel létrejött oxidációs reakciója során kialakult anyagot jelöl. A 55 találmány szerinti eljárás foganatosítása szempontjából alkalmas oxidálószerek nem teljes listája a következő: oxigén, nitrogén, halogén elem, kén, foszfor, arzén, szén, bór, szelén, tellúr, az említettek vegyületei és kombinációi, mint például ammónium, metán, etán, 60 propán, acetilén, etilén, propilén (a szénhidrogének ki3
HU 204244 Β váló szénfonások), valamint keverékek, mint a levegő,
H2/H20 és CO/CO2, amelyek közül az utóbbi kettő, tehát a H2/H2O és a C0/C02 különösen jól használható a környezet oxigénaktivitásának csökkentésére, ha erre szükség van.
A „gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer” olyan, egy megadott gázt vagy gőzt tartalmazó esetleg kizárólag ebből a gázból vagy gőzből álló gázszeréi anyag, amely az oxidációs reakció feltételei között képes a kívánt összetételű oxidációs reakcióterméket biztosítani. Az adott gázt vagy gőzt tartalmazó anyagban nem feltétlenül szükséges, hogy ez az összetevő a legnagyobb részarányt képviselje, bár ez utóbbi célszerű. így például a levegő esetében a térfogat jelentős részét nitrogén alkotja, mégis a találmány szerinti eljárás foganatosítása során a nitrogén oxidáló' szerepe minimális, lényegében a viszonylag kis mennyiségben jelen lévő oxigén az, amely az oxidáló hatást kifejti. A levegő ennek megfelelően az „oxigéntartalmú gázok” kategóriájába tartozik, ha a találmány szerinti eljárás foganatosításáról van szó, de nem sorolható ugyanilyen szempontból a „nitrogéntartalmú gázok” mint oxidálőszerek közé, hiszen a levegő nitrogéntartalma oxidáló hatást kifejteni oxigén jelenléte mellett alig képes. A „nitrogéntartalmú gáz” mint oxidálószer példája lehet a formázó gáz, amely általában 96 tf% nitrogént és mintegy 4 tf% hidrogént tartalmaz.
A „fém alapanyag” fogalmán általában azt a fémet értjük, amely a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószenei reakcióba lépve biztosítja a kívánt összetételű polikristályos oxidációs reakcióterméket A fém alapanyag olyan tiszta fémekből épül fel, amelyek szennyezése nem lépi túl a kereskedelmi forgalomban elfogadott értékszinteket Ha fém alapanyagként egy konkrét fémet határozunk meg, például alumíniumot akkor ez azt jelenti, hogy az adott fém az alapanyagban a legnagyobb részt alkotó összetevő, amely mellett szükség szerint ötvöző összetevők is lehetnek. Ha a leírás mást nem említ a fém alapanyag a fenti tisztasági feltételek mellett értendő.
A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti foganatosítást módok alapján, megvalósítási példák bemutatásával ismertetjük részletesen. Ennek során a csatolt rajzra hivatkozunk, ahol az
1. ábra a találmány szerinti eljárás foganatosításához alkalmas elrendezés keresztmetszeti vázlata, a
2. áhra az 1. ábra szerinti elrendezés A-A metszete, ahol a metszetben szereplő és az oxidációs reakciőtermékkel átjárt töltőanyagot nagyításban mutatjuk be, a
3. ábra a találmány szerinti eljárással előállított lényegében kerámia anyagú mátrixra épülő összetett szerkezetű polikristályos tennék egy részletének mikrofényképe, a
4. ábra a 3. ábra szerinti termékrészlet mikrofényképe közvetlenül abban az állapotban, amikor a fém alapanyag infíltrációja a részecskék közötti csatornába megkezdődött, ahol a csatornákat részben porózus oxidációs reak. cióterméktöltiki,mígaz
5. ábra a találmány szerinti eljárással előállított, alapvetően fémes mátrixra épülő összetett 5 szerkezetű polikristályos termék egy részletének mikrofényképe.
A találmány szerinti eljárás foganatosítása során a fém alapanyagot gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerrel oxidációs reakcióba viszünk. Ebből a célból a 10 kiválasztott fém alapanyagot megolvasztjuk és a megemelt hőmérsékletet fenntartjuk. A fém alapanyag megolvasztott tömegét töltőanyag permeábilis masszájával hozzuk kapcsolatba, ahol a masszát ágyba vagy merev előmintába tömörített diszkrét részecskékből 15 hozzuk létre, ahol a részecskék között póiustérfogatot biztosítunk. Az adott körülmények között létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontját nem meghaladó, de a fém alapanyag olvadáspontjánál magasabb hőmérsékletet fenntartva biztosítjuk, hogy a fém alap20 anyag olvadékának a töltőanyagba való infíltrációja bekövetkezzen és a fém reakcióba léphessen az oxidálószerrel. Az infíltráció sebességét és az oxidációs reakció lefolytatásnak ütemét a körülmények megfelelő választásával úgy szabályozzuk, hogy a megolvadt fém 25 alapanyag és az oxidálószer közötti oxidációs reakció a részecskék közötti pórustérfogatnak legalább egy részében bekövetkezhessen, és a reakció helye a töltőanyagnak a fémmel bejárt masszája legyen. Az így kapott oxidációs reakciótennék a reakció feltételeitől 30 függően a fém alapanyagot részben oxidálatlan feltételek között tartalmazza, így olyan mátrix jön létre, amely szerkezetében tartalmazza a töltőanyag részecskéit Az így létrejött összetett szerkezetű kerámia testet tekintjük az eljárás végtermékének.
A töltőanyagból álló masszán belül az oda behatolt fém alapanyag és a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer között érintkezési felület alakul ki, ahol az oxidációs reakciótennék létrejön. Ez a termék két ellenkező irányban növekszik, mégpedig a határfelület40 hez viszonyítva a megolvadt fémtől kifelé, vagyis az oxidálószerrel kitöltött tér felé, valamint ettől a határfelülettől befelé, a megolvadt fém irányában. A megolvadt fémben a befelé növő reakciótermék bizonyos mértékig oldódik és a telített oldatból az oxidációs reakciótennék feleslege kiválik
Különböző intézkedéseket tehetünk külön-külön és < együttesen, amelyek segítségével a töltőanyagba behatoló fém mozgását, valamint a töltőanyagon belül a fém alapanyag oxidációs reakciójának sebességét befo50 lyásolhatjuk.
Igen előnyös megoldásnak bizonyult, amikor a töltőanyag részecskéinek nagyságát és a töltőanyagot alkotó részecskék porozitásának mértékét úgy határoztuk meg, hogy mind a töltőanyagból álló ágyban, mind 55 pedig az ágyat alkotó részecskékben porózus járatok jöjjenek létre. A részecskék közötti és a részecskéken belüli porozitás részarányát szabályozni tudjuk, ezzel meghatározhatjuk, hogy a töltőanyag masszájába behatoló megolvadt fémből mennyi tud az oxidációs reak60 ciótermék létrehozásában részt venni, a gőz vagy gáz t4
HU 204244 Β halmazállapotú oxidálószenei kapcsolatba lépni. Ennél a megoldásnál az oxidációs reakciótermék kialakulása mind a részecskéken belüli, mind pedig a részecskék közötti pórustérfogatban bekövetkezik, mégpedig mind a határfelülettói befelé, mind pedig az attól kifelé történő növekedés során. Általában a részecskéken belüli kis méretű pórusokat a fém alapanyag tölti ki, míg a reakciótermék kialakulása a fémen belüli, már említett kiválási (precipitációs) folyamat eredménye.
Az oxidációs folyamat sebességét a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer parciális nyomásának megfelelő megválasztásával lehet szabályozni. A parciális nyomás csökkentésére lehetséges a környezeti nyomás csökkentése és/vagy az oxidálószer felhígítása semleges gázzal, például argonnal. Az oxidációs reakciótermék előállítási sebességének szabályozására célszerű az a lehetőség, amikor a megolvasztott fém alapanyagra alkalmas módon hidrosztatikus nyomást gyakorlunk, például felületi megnövekedett gáznyomás hatásának tesszük ki.
A találmány szerinti eljárás foganatosítása során az oxidációs reakciótermék gyorsítására alkalmas megoldás az is, hogy a töltőanyagot a megolvasztott fém alapanyaggal előnyösen megfelelően választott dópoló anyag alkalmazása mellett megnövelt hatékonysággal nedvesítjük. A dópoló anyag lehet a fém alapanyag alkotó eleme, kerülhet annak felületére és/vagy a töltőanyagba. A nedvesítés hatását javítja az is, ha a töltőanyagot előzetesen oly módon kezeljük, hogy belőle a nedvesítést megnehezítő anyagokat, például az oxigént vagy a nedvességet eltávolítjuk, vagyis a töltőanyag és részecskéinek felületéről a nem kívánt anyagokat átmosással elszállítjuk.
A találmány szerinti eljárás foganatosításában különösen előnyösnek bizonyult a megolvasztott fém alapanyag gőz vagy gáz halmazállapotú niíridálószerrel való kezelése. Ilyenkor az oxidációs reakciótermék olyan polikristályos összetett szerkezet, amely megfelelő fém nitridjéböl álló mátrixra épül. A megolvasztott fém ilyenkor is behatol a töltőanyagba, amelyet célszerűen megfelelően szabályozott részecskék közötti és részecskéken belüli porozitással hozunk létre, miközben nitridáló hatású atmoszférát biztosítunk. A nitridálószer általában oxigéntől és nedvességtől mentes anyag, például nagy tis-ztaságú nitrogéngáz vagy a nitrogén reakcióképes vegyülete, például ammónium. Ilyenkor is célszerű a töltőanyag előzetes kezelése, például tiszta hidrogénnel való átmosása, aminek segítségével a részecskék felületón esetlegesen megkötött oxigént el lehet távolítani.
Különösen célszerűnek bizonyult szilíciumot fém alapanyagként választani, amihez dópoló anyagként vasat vagy rezet adagolhatunk, amikor is szükség szerint a fentieknek megfelelően előzetesen kezelt szilicium-nitridből álló töltőanyag alkalmazása mellett nagy tisztaságú nitrogén jelenlétében szilícium-nitrid alapú összetett kerámia szer kezetet állítunk elő.
A találmány szerinti eljárás során a kerámia-fém szerkezetek előállításiára az előzőekben említett lehetőségek bármelyike alkalmas, amikor is az infiltrációs folyamatot, valamint az oxidáció sebességét úgy szabályozzuk, hogy a fém alapanyagot csak részben oxidáljuk, a fém többi részét a kerámia szerkezetben hagyjuk. Ennél a megoldásnál különösen célszerű a megfelelő ötvöző összetevők alkalmazása, mivel ez a reakcióban nem részt vevő fém tulajdonságainak kívánt mértékű befolyásolását teszi lehetővé.
A találmány szerinti eljárás foganatosítása során, mint említettük, a polikristályos szerkezetű kerámia terméket úgy állítjuk elő, hogy a fém alapanyag és az oxidálószer közötti oxidációs reakció sebességét, továbbá a megolvasztott fémnek a töltőanyagba való behatolásának ütemét alkalmas módon szabályozzuk. Az oxidációs reakciótermék az egyedi részecskék felü15 létén, a töltőanyag tömegén belül keletkezik, ahol csatornák vannak a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer bevezetésére, vagyis a permeábilis töltőanyag egész térfogatán belül az oxidációs reakció mindenütt zajlik, ahol a fém alapanyag jelen van. A megolvasztott fém alapanyag nedvesíti a töltőanyag részecskéit és a behatolás az oxidációs reakcióhoz képest viszonylag nagy sebességgel történik. A töltőanyag permeábilis szerkezetű masszájában biztosított teljes pórustérfogatot úgy választjuk meg, hogy abba a behatoló fém és az oxidálószer közötti reakció terméke behatolhasson.
A töltőanyag részecskéi körül a behatoló megolvadt fém alapanyag vékony réteget, filmet képez. Az oxidációs reakció terméke a behatoló megolvasztott fém és a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálőszer közötti határ30 . felületen keletkezik. Ez a reakciótermék, mint említettük, a határfelülethez képest két irányban növekszik, mégpedig kifelé, vagyis a részecskék közötti pórusokban a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerrel kitöltött tér felé, valamint befelé, azaz a megolvadt vé35 kony fémréteg felé. A vizsgálatok szerint a befelé növekvő reakciótermék a fém alapanyagban oldódik, majd amikor az oldat telítődik, belőle az oxidációs reakciótermék feleslege kiválik és lerakódik.
Az előzőekben elmondottak jobb megértése céljából a csatolt 1. és 2. ábrára hivatkozunk. Az 1. ábra olyan elrendezés keresztmetszetét mutatja, amelyben a találmány szerinti eljárás foganatosítása lehetséges. Általában tűzálló anyagból készült 1 edényben 2 fém alapanyagot rendezünk el. Ez utóbbi alakjára és méreteire a megkötések a kívánt termékből adódnak. A 2 fém alapanyagot 3 töltőanyagból álló ágyban helyezzük el, Az 1 edényt ezt követően olyan térbe helyezzük, ahol a 2 fém alapanyag megolvasztható, és a megolvasztott állapot fenntartásához szükséges megemelet hőmérséklet tartható. Ilyenkor, mint az ábrán látszik a 2 fém alapanyag egy része a 3 töltőanyagba behatol. A 2 fém alapanyag az ábra szerint csak egy belső üreg egy részét tölti ki, a fennmaradó fémmennyiség már a 3 töltőanyagba infiltrálódott A 2 fém alapanyagot befo55 gadó tér körül 4 határfelület van, amelyet szaggatott vonal határol. Nagyjából ez a vonal jelöli ki azt a területet, ameddig a 2 fém alapanyag képes a 3 töltőanyagba behatolni.
Az 1. ábrán feltüntetett A-A részlet keresztmetszetét a 2. ábra mutatja be. Ez lényegében a 4 határfelület egy
HU 204244 Β részecskék, ideértve a lemezkéket, szálakat és a csövecskéket, (3) folyamatos vagy több részből álló szálas szerkezetek, tehát szálak, szálkőtegek, szálakból kialakított kőcok, szövött szerkezetek, szálakból kialakított testek és szabálytalan szerkezetek, például nemez, (4) lyukacsos struktúrák, mint porózus testek, szivacsok és/vagy habok.
A fentiekben említett esetek mindegyikében a töltőanyagot tartalmazó elrendezés porozitását általában a pórusméretek eloszlása határozza meg. A továbbiakban a leírásban csak a szemcsés tömörítvényekből álló töltőanyagokkal foglalkozunk, amelyeket a többi geometriai alakzatra is jellemzőnek tekintünk. A töltőanyag részecskéi lehetnek tömör, pórusoktól mentes testek, ahogy kisebb vagy nagyobb mértékű porozitással is rendelkezhetnek. Á pórusokat tartalmazó részecskék porozitását létre lehet hozni mesterségesen, vagy eleve olyan anyagot választunk, amely belső porozitást mutat A részecskék kisebb részecskék vagy krisztallitok rendezett vagy rendezetlen tömörítvényeiként is kialakíthatók. A rendezetlen elemek között említhetjük a szálakat huzalokat, lemezkéket és hasonlókat Atömöritvények belső, részecskén belüli porozitása az őket alkotó krisztallitok vagy kisebb részecskék közötti tereket szintén jelentik.
A fém alapanyag megolvasztott állapotában mind a részecskéken belüli porozitásokat mind pedig a nagyobb tömörítvények közötti üres csatornákat, azok egymással kapcsolódó hálózatát kitölti. Ha a töltőanyag részecskéi lényegében porozitástól mentesek, akkor elegendően nagynak kell lennie a durvább, nagyobb részecskék közötti csatornáknak ahhoz, hogy képesek legyenek befogadni mind a részecskéket benedvesítő vékony fémrétegei mind pedig az oxidáló hatást kifejtő gázt
A töltőanyag részecskéinek geometriája az egyik kritikus tényező a fém alapanyag behatolási sebességének és az oxidációs reakció ütemének meghatározását tekintve. Az oxidációs reakció végül is a gáz és a fém közötti teljes határfelületen zajlik, amihez szükség van a permeábilis masszán keresztül az oxidálószer bevezetésére, míg a töltőanyagba behatoló fém alapanyag mennyisége a töltőanyagtól is jelentős mértékben függ.
A megolvasztott fém alapanyag a pórusoktól mentes részecskék felülete mentén filmként folyik vagy kitölti a részecskék közötti porozitást és így a gáz és fém közötti érintkezést meghatározó teljes határfelület nagysága az oxidációs reakció során egyenlő a töltőanyagnak a fém alapanyaggal átjárt részében jelen levő részecskék által meghatározott külső felülettel. A reakciófelűlet a töltőanyag részecskéinek mérete alapján határozható meg, a csökkenő méretű szemcsékhez a növekvő felületek tartoznak, de a csökkentés csak addig folytatható, amíg a részecskék közötti tereket a megolvasztott fém alapanyag filmje képes teljesen kitölteni. Ez utóbbi esetben a megolvasztott fém és az oxidálószer közötti határfelület nagysága drasztikusan lecsökken, az összetett szerkezetben a kerámia anyag fém mátrixban alakul ki. Ennek megfelelően a töltőrészének metszete, amelyet a jobb érthetőség kedvéért erős nagyításban mutatunk bq. A metszetben jól látszanak a 3 töltőanyag 5,6,7 és 8 részecskéi. Az elrendezésbe 9 hosszú nyilak irányában képes az oxidálószer behatolni. 5
A 2. ábrán olyan állapotot mutatunk be, amikoris az 5 és 6 részecskék körül a megolvadt fém alapanyag vékony filmje létrejött. Ilyen film azonban nem veszi körül a 7 és 8 részecskéket (a filmbevonatot a ferde ynnaikfi7űs jelöli)· A fém alapanyag az 5 részecskéknél 10 behatolt a részecskéken belüli pórusokba is, míg a 6 és 7 részecskéknél ilyen behatolás nemkővetkezettbe. Az 5 részecskékbe behatolt fémet szintén ferde vonalkázással mutatjuk be. A 8 részecskét tömör anyagúnak ábrázoltuk, vagyis benne belső porozitás nincs. 15
Az oxidációs reakdótermék növekedése a megolvasztott fém alapanyag és a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálőszer közötti határfelületen lö rövid nyilak irányában következik be, mégpedig a határfelülettől befelé és kifelé, az előzőekben meghatározott irányok- 20 ba. Nyilvánvaló, hogy ezek az irányok a határfelület elhelyezkedésétől függően a tér minden irányában változhatnak.
Az előzőek alapján az is nyilvánvaló, hogy nem jelölhető ki egy olyan egységes felület, amelyen az 25 oxidációs reakció zajlik. A megolvasztott fém alapanyaggal átjárt töltőanyag részecskéi közötti pórusokban az oxidációs reakció több helyen egyszerre, nem feltétlenül folyamatos felületek mentén zajlik.
A találmány szerinti eljárás foganatosítása során 30 igen lényeges, hogy a permeábilis szerkezetű masszában a töltőanyag részecskéi közötti, illetve a részecskéken belüli porozitást megfelelő módon befolyásoljuk. A porozitás állhat egybefüggő járatokból és különálló csatornákból. A pórusoknak elegendően na- 35 gyoknak kell lenniük ahhoz, hogy a részecskék felülete mentén a megolvasztott fém alapanyag filmrétege kialakulhasson, amikor is az esetlegesen jelen levő, egymással kapcsolódó csatornákat a fém alapanyag nem teljesen tölti ki. Általában a porozitásban 40 jelen lehetnek kisebb, a részecskéken belüli, vagy a részecskék között kialakult pórusok is. Ahhoz, hogy az oxidációs ieakciótermék kialakulása lényegében a töltőanyagnak a megolvasztott fém alapanyaggal átjárt teljes térfogatában lefolytatódhasson, kívánatos a 45 nagyobb mérvű porozitás egyenletes eloszlása. Ahogy az oxidációs reakció folytatódik, a porozitást alkotó csatornákat az oxidációs reakciótennék, amely esetleg kis pórusokat is tartalmaz, fokozatosan kitölti.
A fém alapanyag ezt kővetően már a kis pórusokba 50 hatol be, és a folyamat addig folytatódik, amíg a fém alapanyag rendelkezésre áll, a megfelelően sűrű szerkezet létrejön.
A töltőanyag permeábilis szerkezetű masszáját a kővetkezőkből hozhatjuk létre: 55 (1) kisebb testek, mint rudak, pálcikák, huzalok, lemezek és csövek segítségével kialakított rácsszerű elrendezés, (2) részecskékből létrehozott tömörítvények, például gömbszerű szemcsékből, porból kialakított ágyak, más 60
HU 204244 Β anyag részecskéinek méretei alapján meghatározható egy olyan pont, ameddig a méretcsökkentés a reakcióhoz rendelkezésre álló felület növekedését biztosítja, vagyis ameddig az oxidációs reakciótermék biztosítja a létrejövő szerkezet alapját.
A gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószemek a töltőanyagból álló permeábilis szerkezein masszán keresztül történő szállítását elsősorban a teljes pórustérfogat, valamint a töltőanyagnak a fém alapanyaggal nem átjárt részében jelen levő pórusok méreteloszlása, továbbá a fém alapanyaggal átjárt részben a részecskék között fennmaradó porozitás határozza meg. Amikor a pórusok méretei és össztérfogata növekszenek, ezzel a töltőanyag tömegének gázáteresztő képessége javul, a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer jobban képes hozzáférni a fém alapanyaghoz és ezzel a reakció sebessége is növekszik. Ennek megfelelően a porozitás szabályozása jelentős mértékben hozzájárulhat a reakció feltételeinek szabályozásához.
A töltőanyagból álló permeábilis masszában a fém alapanyag előrehaladásának ütemét a fémnek a töltőanyagon keresztül történő áramlása mellett az határozza meg, hogy a fémmel át nem járt részben milyenek a nedvesítés! feltételek. A megolvasztott fém alapanyag transzportja mind a töltőanyag részecskéin belül jelen levő pórusokban, mind pedig a részecskék felülete mentén zajlik. Amikor a részecskéken belüli porozitás mértékét növeljük és/vagy csökkentjük a részecskék közötti porozitás mértékét, a fémáramlásra rendelkezésre álló utak áteresztőképességét javítjuk és ezzel a fém behatolásának feltételei is javulnak.
A fentiek szerint a behatolási és oxidációs folyamatok sebességéi a pórusok méreteinek és a részecskék alakeloszlásának megválasztásával jól szabályozni lehet Ez alapot teremt ahhoz, hogy a folyamattal előállított kerámia jellegű mikrostruktúra tulajdonságait befolyásoljuk. ideális esetben a töltőanyag tömegébe a fém alapanyag olyan ütemben hatol be, amivel lehetővé válik a részecskék közötti pórusok teljes mértékű kitöltése oxidációs reakciötermékkel. A porózus struktúrák akkor jönnek létre, amikor a fém alapanyag behatolásának sebességét sikerül megnövelni.
A töltőanyag részecskéin belüli pórusok teljes kitöltése a fém alapanyaggal akkor válik a tapasztalat szerint lehetővé, ha a pórusok 20 pm-nél kisebb méretűek. Célszerű azonban, ha a pórusok legfeljebb 5 jum-esek. Ahhoz, hogy a részecskék közötti porozitások kitöltése mellett visszamaradó tér elegendő legyen a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószert szállító csatornák fennmaradásához, a részecskék közötti porozitás méretei célszerűen 20 pm-nél nagyobbak, általában hozzávetőlegesen 100 pm körüliek. A pómsok kívánt mérettartományát a töltőanyagot alkotó részecskék méreteinek és anyagának megfelelő megválasztásával lehet biztosítani. Atipikus részecskeátmérő a 20... 2000 pm tartományba esnek. A részecskéken belüli porozitás magának a részecskének fontos jellemzője, a pórusok által elfoglalt térfogat 0 tf%-tól (pórusmentes részecskék) akár 98 tf%-ig terjedhet, ez utóbbi értékek a lyukacsos, hábszerű, illetve szivacsszerű szerkezetekre lehetnek jellemzőek. A rendezett szemcsékből létrehozott tőmörítvények, mint nagyobb részecskék általában 40... 60 tf%-os porozitással rendelkeznek, míg rendezetlen részecskék esetén, pl. kócszerű szerkezetekben a részecskén belüli porozitás akár 60... 90 tf% is lehet A találmány szerinti eljárás foganatosítása során az esetek többségében a lehető legnagyobb porozitással, de legfeljebb 5 pm méretű részecskén belüli pórusokkal létrehozott részecskékre van szükség.
Ha a fém alapanyag nagyobb részét kívánjuk oxidációs reakcióba vinni, és kisebb részecskékből álló töltőanyagot alkalmazunk, előnyös a töltőanyagot belső porozitással rendelkező részecskékből létrehozni. Akis részecskeméret segíti a végtermék jó mechanikai jellemzőinek elérését Az ilyen előnyös foganatosítási módoknál a reakciótermék létrehozásában mind a részecskéken belüli, mind pedig a részecskék közötti pórusok részt vesznek, teret adva az előzőekben már meghatározott „befelé”, illetve ,kifelé” irányuló növekedésnek. A végtermék mechanikai jellemzői szempontjából különösen fontos a részecskéken belüli pórusok nagysága és részaránya.
A töltőanyagot előkészíthetjük a megfelelő részecskék összenyomásával, vagy azok laza halmazából. Az összenyomás során lehetséges merev előminta létrehozása is, de ugyancsak permeábilis szerkezetű merev előminta hozható létre préselés nélkül, amikor az előmintát a ídvánt összetett szerkezetű végtermék alakjának és méreteinek megfelelő alakban és méretekkel formázzuk.
A fém alapanyagnak a töltőanyagba való behatolási sebességét és a fém alapanyag oxidációs reakciójának intenzitását a találmány értelmében más eszközökkel is lehet szabályozni, mint azokról az előzőekben már szó volt
Ha a fém alapanyagra csökkentett vagy megnövelt hidrosztatikus nyomást alkalmazunk, a fém alapanyag behatolásának üteme a töltőanyagba kiegészítő módon befolyásolható. A megolvasztott fém alapanyag olvadék felületét megnövelt gáznyomás hatásának kitéve a hidrosztatikus nyomás növekszik. Ha az olvadék szintje felett edénybe megolvasztott fém alapanyagot öntünk és az edényt a folyamatban részt vevő fém alapanyag testével közlekedtetjük, szintén a hidrosztatikus nyomást tudjuk növelni. Ezekkel az eszközökkel a behatolás sebessége növelhető. A hidrosztatikus nyomás csökkentése is lehetséges, ha ez kívánatos, amikor is a fém alapanyagot olvasztott állapotában a töltőanyag szintje alatt helyezzük el, mivel ebben az esetben a töltőanyag által kifejtett kapilláris hatás és a nehézségi erő egymással szemben hatnak. A csökkentett hidrosztatikus nyomás hatására a töltőanyag részecskéi közötti pórusokba, csatornákba behatoló fém alapanyag menynyisége is csökken, vagyis a behatolás üteme lelassul.
A gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer nyomásának szabályozása szintén kiegészítő lehetőséget teremt a fém alapanyag oxidálási folyamatát jellemző reakciósebesség szabályozására. Amikor a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálőszer parciális nyomását a rendszerben íecsökkentjük, ezzel az oxidációs reakció
HÍJ 204244 Β ütemét is lelassítjuk. A fordított hatás is igaz, vagyis a parciális nyomás növekedése az oxidációs reakció felgyorsulásához vezet A parciális nyomás csökkentésének egyik hatékony lehetősége az, hogy az oxidálőszert semleges gázzal felhígítjuk, amikor is a gáz kisebb 5 mennyiségű oxidáló hatású anyagot tud a megolvasztott fémhez .szállítani. Ha az oxidáló hatást oxigénnel kívánjuk biztosítani, akkor semleges hígító gázként például nitrogén is jól alkalmazható. Ha viszont nitridek előállítása céljából az oxidálőszert nitrogénnek vá- 10 lasztjuk, a hígításhoz általában argont alkalmazunk.
A fentiek értelemszerű figyelembevételével a nyomás szükség szerinti változtatása a kővetkező módokon érhető el:
(a) A találmány szerinti eljárás foganatosítására al- 15 kalmas elrendezést zárt térben helyezzük el, a zárt teret vákuumszivattyúval hozzuk kapcsolatba és a gáz elszívásával a nyomást csökkentjük, vagy (b) a találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmas elrendezést hermetikusan lezárt, vákuumtömör 20 kamrába helyezzük, ahol a gáz vagy gőz halmazállapotú oxidálőszert az oxidációs reakció lefolytatásával elfogyasztjuk majd az oxidálószer nyomását úgy szabályozzuk, hogy a kamrába megbatározott ütemben pótoljuk az elfogyó gőz vagy gáz halmazállapotú oxidá- 25 lószer mennyiségét vagyis az oxidálószert csak kívánt mértékben pótoljuk.
A fenti lehetőségek alkalmasak a fordított folyamat biztosítására is, vagyis a zárt térben elrendezett összeállítás környezetében a nyomást megfelelő szivattyú 30 alkalmazásával a légköri nyomás fölé emelhetjük.
A találmány szerinti eljárás foganatosítása során a gáz vagy gőz halmazállapotú oxidálószer parciális nyomásait széles értéktartományban változtatjuk. A reakciósebesség befolyásolására különösen alkalmasnak 35 bizonyult az 1 x 103... 2 x 105 Pa nyomástartomány alkalmazása, ahol az 1 x 105 Pa alatti nyomásoknál az oxidációs reakció sebessége csökkenti az ennél nagyobb nyomások pedig a növekedést biztosítják. A nagyobb nyomásokat általában különlegesen kialakí- 40 tott forró izosztatikus nynmáskamrákhan hozzuk létre, és ez a megoldás különösen alkalmas arra, hogy a fémbe „befelé” növekvő oxidációs reakciótermékek részarányát növeljük.
Mint már azt a felismeréseinkkel kapcsolatban ele- 45 meztünk, a fém alapanyag oxidációs reakciójának ütemét dópoló anyag alkalmas megválasztásával lehet gyorsítani. A dópoló anyag lehet a fém alapanyag ötvöző összetevője. Ugyanúgy lehetséges, hogy azt bevonó rétegként a fém alapanyag és a töltőanyag között he- 50 lyezzük el. A szemcsézett formájú dópoló anyagok bekeverheíők a töltőanyag részecskéi közé is, illetve ott külön réteget alkothatnak. Egy másik lehetőség, hogy a dópoló anyagot a töltőanyag részecskéit bevonó anyagként visszük fel a részecskékre és így a töltő- 55 anyag integrális részévé tesszük.
A dópoló anyagok egy része az oxidációs reakciótermék kerámia részének integritását rontja le, és ezzel növeli az oxidációs reakció ütemét Másik részük vagy a töltőanyag, vagy az oxidációs reakciótermék nedve- 60 síthetőségét javítja a fém alapanyaggal szemben, vagyis a fém alapanyag behatolását segíti elő.
A találmány szerinti eljárás foganatosítása során olyan összetett szerkezetű polikristályos kerámia anyag állítható elő, amely a fém alapanyag és oxigén között lezajló oxidációs reakció eredményéként kialakult mátrixot ésa mátrixba beépülő töltőanyagot tartalmaz. Az oxigént nem feltétlenül szükséges tiszta gázként bevezetni, adott esetben keverékei, mint a levegő szintén biztosítják a kívánt hatást.
A találmány szerinti eljárás számos különböző fém alapanyaggal és töltőanyaggal, valamint gáz vagy gőz halmazállapotú oxidálószerrel foganatosítható. A különböző példák helyett most az alumínium mint fém , ' alapanyag és alumínium-trioxid alapú töltőanyag felhasználását mutatjuk be.
Tekintettel az alumínium mint fém alapanyag jó <
hozzáférhetőségére és alacsony költségére, különböző mértékben ötvözött alumíniumokat, számos hőmérséklettartományt, különböző oxidálószereket és számos különböző méretű szemcsékből álló alumíníum-trioxid-fajíát vizsgáltunk meg. Megállapítottuk, hogy amikor a töltőanyag környezetében alkalmas feltételeket hozunk létre, az azt átjáró fémből porózus struktúra alakul ki, amelyet a fémoxid mátrixának viszonylag vékony rétege köt össze, amiben csatornák maradnak a utóbbi a töltőanyag ágyának jelentős részét jól át tudja járni. Ha a folyamat paramétereit változtatjuk, a végtermék mikrostmktúrája megváltozik, adott esetben teljesen pórusoktól mentes, sűrű, összetett szerkezetű anyag nyerhető. A fém alapanyag és az oxidálószer összetétele a végtermék porozitása szempontjából meghatározó jelentőségű. Ha az alumínium fém alapanyag ötvöző összetevőként szilíciumot tartalmaz, ennek hatására a mikrostruktúra általában sűrűbb, mintha a fém alapanyagban szilícium nem lenne jelen, ugyanolyan oxidálószer alkalmazása melletti Ha viszont a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerben az oxigéntartalmat csökkentjük, ezzel az oxidációs reakció üteme lecsökken és így az előzőeknél porózusabb mikrostruktúra alakul ki. Az oxidációs reakció üteme a hőmérséklettel is befolyásolható, mégpedig megállapítható olyan optimális hőmérséklet, amelynél a sebesség maximális. Ehhez az optimális hőmérséklethez kö- , zeli, azt befogadó értéktartományban a létrejött termék porozitása minimális. Az oxidok és a fémes fázisok viszonylagos arányait a hőmérséklettel szintén szabályozni leheti A töltőanyagot kisebb méretű részecskékből létrehozva az oxidációs folyamat üteme csökken, de ez a hatás kevéssé szignifikáns, kevéssé követi a változásokat, mint az oxigén parciális nyomása esetében. A találmánynak ezeket a jellegzetességeit az 1. példa kapcsán fogjuk ismertetni.
A jelen találmány szerinti eljárás egy különösen előnyös foganatosítási módjában a polikristályos szerkezetű kerámia terméket fém-nitrid alapján hozzuk létre.
A mátrix anyagát ebben az esetben a fém alapanyag és gőz vagy gáz fázisú oxidálószer reakciója hozza létre, szerkezetébe a töltőanyag részecskéi ágyazódnak be.
HU 204244 Β
A nitridálásos eljárás során lényegében ugyanolyan lépéseket hajtunk végre, mint amilyeneket a fentiekben már ismertettünk, a fém alapanyagnak a töltőanyagba való behatolásának és az oxidációs reakciónak (a nitridizációnak a relatív ütemét úgy szabályozzuk, hogy a reakció n töltőanyagnak azon teljes térfogatában folyjék, amelyet a fém alapanyag megolvasztott része átjár.
A nitridekre épülő kerámia anyagok kiindulási fém alapanyaga általában a szilícium, alumínium vagy titán. Ebben az esetben különösen a szilícium alkalmazása előnyös, amikor a töltőanyagot szilícium-nitridből, alumínium-nitridből és/vagy titán-nitridből hozzuk létre. Természetesen más töltőanyagok is használhatók, « például a szilícium és a titán kaibidjai. Ha alumínium fém alapanyagot választunk, a töltőanyagok példái lehetnek az alumínium-nitrid, alumínium-trioxid, szilíci> um-karbid, titán-karbid és a bőr-karbid. A fém alapanyagok említett lehetőségei esetében a nitridek általában kereskedelmi forgalomban is· beszerezhetők. A fém alapanyagot saját niíridjével kitöltve az oxidációs reakció eredményeként olyan homogén anyageloszlású kerámia anyagot kapunk, amelynek kedvező tulajdonságait a reakcióból kimaradt kis mennyiségű fém alapanyag is elősegíti. Az ilyen anyagok példái lehetnek a szilícium-nitrid mátrixot kitöltő szilícium-nitrid részecskék vagy az alumínium-nitrid töltőanyag jelenlétében alumínium oxidálásával előállított alumíniumnitrid mátrix. A kerámia test olyan összetett szerkezetben is létrehozható, amelynek tulajdonságait az alapanyagok megválasztásával határozzuk meg. A semleges kémhatású töltőanyagok különböző kémiai összetételben ismeretesek, keverékben is használhatók, a keverékek, és általában a töltőanyagok különböző méretű, alakú és kristályfelépítésű anyagokból állíthatók össze. Ha például szilícium-karfád szálakból előmintát alakítunk ki, mégpedig szilícium-karbid lemezkeszerű krisztallitjait tartalmazó rendezett szerkezetű porózus tömör részecskékkel, akkor a szilícium nitridálásával kapott reakciótermék segítségével igen jó tulajdonságú kerámia szerkezetek jönnek létre.
Már az oxidációs reakció kapcsán általában is elmondtuk, hogy a töltőanyag minőségének és pórustérfogatának megfelelő megválasztásával a fém részaránya az elkészült kerámia termékben jól szabályozható. Ugyanez vonatkozik a nitridálásra is, amikor a fém nitridjének és a reakcióban részt nem vett anyagának részarányát a mátrixban szintén szabályozni lehet.
Az előzőekben leírt lépések végrehajtásával azonban nem mindig sikerül olyan kerámia mátrixot előállítani, amelynek fémműid az alapja. Ez azért következhet be, mert a töltőanyag vagy a nitridáló atmoszféra kis mértékben tartalmazhat a folyamatot erőteljesen zavaró szennyezéseket így az oxigén vagy a reakció feltételei között oxigén leadására képes vegyület, pél• dául vízgőz jelenléte megakadályozhatja a fém alapanyagnak a töltőanyagba való behatolását és ettől függetlenül a fém alapanyag nitridálását is. Ilyenkor szükség van olyan lépésekre, amelyek biztosítják a szenynyezés bekerülését a töltőanyagba, illetve azt hogy az ott jelen lévő szennyezéseket eltávolítsuk, amivel a reakció és az ismert anyagoknál sokkal jobb tulajdonságokkal rendelkező összetett szerkezetű termékek előállítását lehetővé teszi.
A töltőanyagban, a fém alapanyagban vagy a nitridálő atmoszférában jelen levő szennyező összetevők hatása az, hogy a töltőanyag tömegének benedvesítését a megolvasztott fém alapanyag által megakadályozzák, adott esetben az, hogy a megolvadt fém alapanyag felületén olyan bevonatot képeznek, amely az adott feltételek között a fémet passziválja. A töltőanyagokban leggyakrabban az oxigén és a vízgőz jelenlétével kell számolni, és ezek azok a szennyező összetevők, amelyek fizikokémiai folyamatok révén a töltőanyag részecskéin megkötötten vannak jelen, illetve a töltő' anyagba hidrolízises folyamatok révén kerülnek.
A kutatások nem tisztázták teljes mértékben, hogy milyen mechanizmus révén képes az oxigén és a vízgőz ezt a nitridálási folyamatot megkadályozni, illetve lassítani. A leginkább megalapozottnak tűnő feltételezés az, hogy a szilícium fém alapanyag és szilíciumnitridből álló töltőanyag esetében az oxigén adszorpciója vagy hidrolízises reakció révén szilícium-dioxidban feldúsult felületi rétegek alakulnak ki. A szilíciumdioxidot a szilícium ötvözetei nem képesek úgy nedvesíteni, mint a tiszta szilícium-nitridet és ez a nitridálásos folyamat feltételei között megakadályozza, hogy a megolvadt fém alapanyag a töltőanyag rétegébe behatolhasson. Ha a nitridáló atmoszférában oxigén és vízgőz van jelen, akkor valószínűsíthetően ugyanez a reakció zajlik le, vagyis a szennyező összetevők mind a fém alapanyaggal, mind a töltőanyaggal reakcióba lépnek, lerontják a nedvesítés! feltételeket és lassítják a nitridálásos reakció menetét Az oxigént hordozó és leadni képes vegyületeknek több forrása is lehetséges, hiszen ilyen jellegű szennyezés lehet (1) a nitridáló gázban, a gáz (2) a gázáram tisztítására szolgáló szárítóoszlop kimerülése vagy telítődése miatt, illetve a tisztításra szolgáló oxigén megkötő vegyületek telítődése miatt ilyen szennyeződésekkel dúsulhat. További lehetőségek: (3) a kemence levegőtartalmát elszívással vagy más módon nem sikerült a nitridáló gáz bevezetése előtt a kívánt mértékben eltávolítani, (4) oxigén és/vagy vízgőz deszorbálődott a nitridáló kemence szigetelő elemeinek felületeiről, valamint (5) a kemence oxid alapú tűzálló burkolatából vagy más oxidos alkotóeleméből illő oxidok vagy oxigéntartalmú anyagok, például bór-trioxid szabadult fel, vagy ugyanilyen vegyületek keletkeznek a kemence szén összetevői által okozott, illetve a fém alapanyag gőzei által előidézett redukciós reakciók sorún. Még a szén-monoxid menynyiségét is csökkenteni lehet a fém alapanyag segítségével, így a legkevésbé hatásos oxidálószerek egyikét is a fém alapanyag képes illó oxiddá alakítani, miközben maga karfáddá alakul át Az ilyen szilárd karbidok megjelenését a fém alapanyag felületén több esetben megfigyeltük, és ezek hatása abban is jelentkezik, hogy a megolvadt fém alapanyag folyékonysága csökken, a töltőanyagba kevéssé tud behatolni.
A nitridálásos reakció lefolytatása előtt tehát a szennyezéseket adott esetben el kell távolítani. Hogy
I
HU 204244 Β ez milyen mértékű legyen, az a kiválasztott fém alapanyagtól és a töltőanyagtól, ezek kölcsönhatásától, oxigénafSnitásuktől, hidrolízisre való hajlamuktól, valamint attól függ, hogy az adott fém alapanyag mennyire képes a nitridet az oxiddal szemben nedvesíteni. így 5 például az alumínium-nitrid könnyen oxidálható és hidrolízisével alumínium-trioxid felületi réteg jön létre. Ezzel szemben mind az alumínium-oxidot, mind az alumínium-nitridet a magnézium-tartalmú alumínium ötvözet képes jól nedvesíteni, és ez okozza, hogy ilyen 10 rendszerben az oxigénszennyezés kisebb szintje is megengedett, bár a szint elegendő lehet ahhoz, hogy a fém alapanyagon annak folyását megakadályozó oxidbevonat képződjön. így például a tapasztalat szerint a , térfogatában 0,8 tf% oxigént és 2,5 tf% vizet tartalma- 15 zó nitrogén alumínium esetében még megfelelő környezetet teremt a nitridálásos reakció lefolytatásához, amikor is alumínium-niírid mátrixot kapunk. Ha azonban az oxigén, mint szennyező részearánya 1 tf% fölé nő, a nitridálási folyamat nem tud beindulni, a megöl- 20 vadt fém sem képes a töltőanyagba behatolni.
Mindeddig nem sikerült a szilícium fém alapanyagot alkalmazó rendszerekben szilícium-nitrid töltőanyag esetében az oxigénszennyezés maximális értékeit nagy biztonsággal megállapítani. Megalapozottnak tűnik 25 azonban az a feltételezés, hogy az értékek alacsonyabbak, mint az alumíniumból és alumínium-nitridből álló rendszerek esetében. A feltételezés alapja az a tény, hogy a szilícium, ötvözetek általában kevéssé képesek a szilícium-nitrid szilícium-dioxiddal szennyezett felüle- 30 tett nedvesíteni, legalábbis a tiszta szilícium-nitrid felületekhez képest
A kereskedelmi forgalomban beszerezhető nitrogéngáz általában mindig tartalmaz szennyezőként oxigént és/vagy vízgőzt Éppen ezért a találmány szerinti 35 eljárás foganatosításához, ha annak során nitrid kerámiát kívánunk előállítani, a nitrogént nagy tisztaságú gázként kell felhasználnunk, ahol az említett szennyezők részaránya minimális. Ez szükség szerint a gáz tisztításának követelményét is jelentheti. 40
A megolvadt fém alapanyag sem mindig mentes a káros hatású szennyezőktől. Amikor a fém alapanyag szilícium, a töltőanyag pedig szilícium-nitrid, káros lehet a bór és az alumínium jelenléte. Ennek oka az, hogy ez utóbbi két fém nitridjei stabilabbak, mint a 45 szilícium-nitrid, ezért ha a kiindulási fém alapanyagban ezeknek a fémeknek, mint ötvöző összetevőknek a részaránya viszonylag nagy, akkor mindjük a fém alapanyag felületén viszonylag szilárd réteget képez, vagyis kizárja a nitrogén hozzáférését a szilíciumhoz. Ha az 50 alumínium részaránya 1 t%-nál nagyobb, akkor hajlamos a szilícium-nitrid (SÍ3N4) töltőanyaggal reakcióba lépni, azt szilíciummmá redukálni és a folyamatban végül is a szilícium-nitrid helyett alumínium-nitrid keletkezik. A tapasztalat szerint az alumínium jelenléte 55 nem befolyásolja a szilíciumból és szilícium-nitridbőí álló rendszerben kialakuló nedvesítés! viszonyokat és a töltőanyagba a megolvadt fém képes bizonyos mértékig behatolni. Ezt azonban a fém alapanyagon létrejövő alumínium-nitrid bevonat korlátozza, behatárolja. 60
Ha a szilíciumban az alumínium koncentrációja 1 t% alatt marad, akkor általában káros hatása nemigen figyelhető meg. Ennek megfelelően a kohószilícium, tehát az általában legfeljebb 0,51% alumíniumszennyezést tartalmazó kohászati tisztaságú szilícium kiváló fém alapanyag, amelynek felhasználhatóságát lényegében az sem befolyásolja, ha a szilícium öntvényt alumínium-trioxidből álló tűzálló edényben olvasztjuk meg a kívánt alakra való hozás érdekében, és ezzel az alumínium, mint szennyező mennyiségét benne megnöveljük. A bór ezzel szemben sokkal károsabb hatással jár. A szilíciumból és szilícium-nitridbőí álló rendszerben a nedvesítés! viszonyokat katasztrofálisan befolyásolja, gyakorlatilag megakadályozza, hogy a megolvadt fém alapanyag behatolhasson a töltőanyagba. Ilyenkor a töltőanyag és a kiindulási fém alapanyag között semmiféle hatásos kapcsolat nem alakul ki, a fém alapanyag felületén a nitridálási reakciót gyakorlatilag kizáró bór-nitrid passzíváié réteg alakul ki.
A töltőanyagot felületén elszennyező oxidos összetevőket a töltőanyag hevítésével, izzításával el lehet távolítani. Ezt a töltőanyag ágyának, illetve a töltőanyagból álló testnek a kialakítása előtt el lehet végezni, amikor a töltőanyag még laza ömlesztett rétegben van jelen. Ebben az esetben a töltőanyag kezeléséhez alkalmazott atmoszféra jól hozzá tud férni a töltőanyag részecskéihez, a nitridáló vagy semleges atmoszféra, esetleg hidrogéngáz hatékonyan képes átáramolni a szilárd felületen ömlesztett, vagy fluidizált ágyban tartott töltőanyag részecskéi között A további tárolás, kezelés és formázás műveletei során azonban gondoskodni keli arról, hogy a töltőanyag nedvességgel, légköri oxigénnel vagy kötőanyag összetevőivel való elszennyeződését megakadályozzuk. Egy másik lehetőség szerint a szennyezések eltávolítására alkalmazott kezelés előtt is a töltőanyagból permeábilis szerkezetű mintázott testet lehet létrehozni. Ezzel az eljárással az újbóli elszennyeződés jelentős mértékben csökkenthető veszélyt jelent, de az előkezelés időtartama jelentős mértékben megnövekedhet, mivel a szennyező összetevők eltávolítását az előminta koriátozottpermeabilitása lelassítja, és így a szennyezők a töltőanyag belsejéből csak lassabban képesek a környezetbe diffundálni.
Az előzőekben elmondották példájaként említsük meg a szilícium-nitridbőí álló töltőanyag részecskéinek felületén lerakódott oxidszennyezések eltávolítását A szilícium-nitrid kereskedelmi forgalomban sokféle méretű részecskék alakjában férhető hozzá. A nagyobb részecskék azonban 1... 10 pm méretű egyedi krisztalUtokból álló porózus tömörítvények. A permeábilis szerkezetű töltőanyag előállításához célszerű az 50 ... 150 pm méretű rendezett szerkezetű részecskék alkalmazása. A kereskedelmi forgalomból beszerezve a szilícium-nitrid részecskéit általában szilícium-dioxid réteg vonja be, amelynek fonása a felületi hidrolízis és a fém által adszoibált oxigén. Ha ezeket a részecskéket közvetlenül felhasználnánk a találmány szerinti eljárás foganatosítására és segítségükkel szilícium-nitrid alapú kerámiát kívánnánk előállítani, valószínűleg ezt nem lehetne végrehajtani, vagy legalábbis sokáig kellene
HU 204244 Β várni, mivel az 1550 ... 1650 °C reakcióhőmérséklet mellett formálógáz jelenlétében ennyi ideig tartana a szennyezések eltávolítása. Ennek megfelelően a nitxidálásos reakció ideje megnyúlik, de a többórás kiégetést követően a megfelelő nedvesítés! feltételek beállanak, a töltőanyagnak a fém alapanyaggal történő infiltrációja megkezdődik és a nitridálásos reakció is a kívánt ütemben folytatódik.
Az előbb említett „inkubálási” periódust el lehet kerülni, ha a szilícium-nitrid töltőanyagot előzetesen a felületi szennyezések eltávolítása céljából kezeljük. Ez biztosítja, hogy a fém alapanyag megolvasztás után a töltőanyag azonnal nedvesíthetővé válik, Ezt az előzetes kezelést az ömlesztett töltőanyagban hajtjuk végre, vagy a töltőanyagot fluid ágyba visszük és környezetében nitridáló vagy semleges atmoszférát hozunk létre. A szennyezések eltávolítását olyan gőz halmazállapotú adalékanyagokkal is biztosíthatjuk, amelyek a szilícium-nitrid felületét borító szilícium-dioxiddal fflő vegyületeket képeznek. Erre a célra alkalmas az alumínium, a szilícium és a magnézium gőze, a hidrogén, a fluor, a klór, valamint a hidrogén-klorid és a hidrogénfiuorid. Az említett fémgőzök és a hidrogén a felsorolt adalékanyagok közül redukáló hatásával tűnik ki, a légkörben az oxigén parciális nyomását olyan mértékben csökkenti, hogy a szilícium-dioxid lebomlik és belőle illékony szilícium-monoxid (SiO) keletkezik. A további halogén jellegű adalékanyagok viszont oxidáló hatásúak és ezek az atmoszférában jelen levő hidrogénnel együtt biztosítják, hogy a szilícium-dioxidból illékony szilícium-tetrafluorid vagy szilícium-tetraklorid, továbbá oxifluorid vagy oxiklorid jöjjön létre. Az illékony összetevők és anyagok eltávolítását megkönnyíti, ha a szilícium-nitridet befogadó edény környezetében a nyomást jelentősen lecsökkenjük. Erre a célra az ismert vákuumszívatíyúzási módszerek alkalmazhatók. A kívánatos vákuum általában 1... 10 Pa. Az előkezeléshez általában 1550 ... 1800 °C hőmérsékletei alkalmazunk. Habár a szennyezések eltávolítását a magasabb hőmérsékletek megkönnyítik, a hőmérséklet emelésének gátat szab az a tény, hogy a megemelt hőmérséklet a szilícium-nitrid töltőanyagot is képes felbontani, A szennyezések eltávolításának időtartama általában 1... 5 óra, ami a hőmérséklettől, a nyomástól és az alkalmazott gáz vagy gőz halmazállapotú adalékanyagtól függ. Ezt követőén az előkezelt port semleges kémhatású száraz atmoszférában raktározzuk és kezeljük. Ha a formázáshoz kötőanyagot használunk, akkor célszerűen oxigéntől mentes anyagot választunk, hogy az újbóli elszennyeződést megelőzzük. Kötőanyagként különösen szénhidrogének alkalmazása javasolható, mint például a paraffiné.
A porózus szerkezetű, oxigéntől mentes nitridből álló előminta kialakításának egy másik lehetséges megoldása az, hogy az előmintát megfelelő kiindulási anyagnak a felhasználás helyén biztosított reakciójával hozzuk létre. A kiindulási anyag lehet fémes, adott esetben esetleg állhat a fém alapanyagból is, amely a későbbi oxidációs reakciótermék létrehozásához szükséges. Ebben az esetben fémport, tisztított fémszálakat, huzalokat, fonalakat, rudakat, pehely szerű elemeket kívánt módon semleges töltőanyaggal keverünk és ezt a keveréket a kívánt alakra hozzuk a porszerű anyagok formázására ismert bármely technológia segítségével. Ezt követően az előmintát reakcióba visszük, anyagában a kívánt vegyületet létrehozzuk, amit úgy hajtunk végre, hogy az előminta méretei megőrződjenek, szükséges porozítása biztosított legyen. Az ily módon kémiai reakcióval kialakított előminta tulajdonsága az, hogy az előmintával a fém alapanyag úgy hozható kapcsolatba, hogy az levegővel vagy más szennyező forrással nem érintkezik. így például porított szilíciumból formázott testet nitridálhatunk és ezzel szilíciumnitrid alapú előmintát hozhatunk létre, ha gáz halmazállapotú nitrogént, ammóniát vagy fonnázógázt használunk (ez utóbbi maximum 5 tf% hidrogént tartalmazó nitrogén) és az előmintát 1200 ... 1400 °C hőmérsékletre hevítjük, amely, mint köztudott, a szilícium olvadáspontja alatt van. A megemelt hőmérséklet azonban a szilíciumból és szilícium-nitridből álló vázszerű szerkezet létrejöttét biztosítja. Ezt követően a hőmérsékletet 1450 °C, tehát a szilícium olvadáspontja fölé emeljük, a visszamaradt szilíciumot ezzel megolvasztjuk és a nitridálási folyamatot felgyorsítjuk. Az így előállított előminta lényegében mentes mindenféle oxigénszennyezéstől.
A nitrid alapú, oxigéntől mentes porózus előminta előállításának egy másik lehetősége az, hogy a fém alapanyagból rudat hozunk létre, illetve a kívánt alakzat negatívját, majd a fémből készült előmintát semleges töltőanyag laza szerkezetű ágyába helyezzük. Ezt követően első hevítéses lépés során olyan reakciófeltételeket teremtünk, amelyek eredményeként porózus, összetett szerkezetű mikrostruktúra jön létre. A laza szerkezetű anyagból ezt követően a porózus szerkezetű terméket eltávolítjuk, és így olyan belső üreget kapunk, amely az eredeti fém alapanyag külső alakját követi, míg a mechanikai tulajdonságok nagyjából hasonlóak ahhoz, amit kerámia anyagú mintatest kiégetésekor kapunk. A külső felületet megfelelő módon a megkívánt pontos alakra hozhatjuk, például száraz nitrogénatmoszférában, a kerámia jellegű anyagoknál szokásos megmunkálási eljárásokkal, aminek eredményeként jól meghatározott külső és belső felületekkel ellátott és minimális mennyiségű szennyezést tartalmazó előmintát kapunk. Ezt követően az előmintát a fém alapanyaggal annak megolvasztott állapotában kapcsolatba hozzuk, az oxidációs reakció szükséges feltételeit biztosítjuk és ennek eredményeként a szennyezéstől gyakorlatilag mentes környezetben a szükségesen sűrű és adott esetben pórusoktól mentes mikrostruktúrájú terméket nyerjük.
A kerámia kialakítására szolgáló reakciók beindulásának biztosítására, illetve ütemének befolyásolására, mint már említettük, jól ismert a dópoló anyagok alkalmazása. A jelen találmány szerinti eljárás foganatosítása során a dópoló anyagokra általában nincs szükség a szilícium vagy alumínium fém alapanyagok reaktív nitridálása során, de célszerű lehet beadagolásuk a megolvasztott fém alapanyagba vagy a töltőanyag per11
HU 204244 Β meábffis masszájába, mivel ez a nitridálási folyamatot elősegítheti. A szilícium niíridálásos feldolgozása során különösen előnyös dópoló anyagoknak bizonyultak a vas és a réz. Az irodalomból, pl. S. M. Boyer és A. J. Molnson .A. Mechanism fór theNitridatxon of Fe-Confaminatp/i Silicon” (J. Mát Sci., 1978.13,1637-1646. old.) valamint W. M. Dowson, P. Anindale és A. J. Moulson „Development and Confrol of Microstructure in Reaction Bonded Silition Nitride” (Sci. Ceram, 1977,9., 111-118. old.) cikkéből jól ismert, hogy a vas hatására a megolvadt szilícium nitridálási folyamata felgyorsul. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során kitűnt hogy az alkalmazott reakcíófelféteiek között a vas mellett a réz is hasonlóan előnyős hatást fejt ki, de ezt az eredményt az irodalom mindeddig nem mutatta be. A réz előnyős hatásait a jelen találmány kidolgozása során sikerült bizonyítani. Azonos reakciófeltételek alkalmazása mellett az összehasonlító vizsgálatok bizonyították, hogy a 101% ötvöző összeíevőttaxtalmaző szilícium-vas, illetve szilícium-réz ötvözetek nitridálási reakciója 1550 °C hőmérsékleten hatékonyabban zajlott le, mint tiszta szilícium nitridálása esetén. Még a kis vasmennyiség, vagyis a kohászati tisztaságú, tehát 0,018... 0,81% vasat tartalmazó szilícium esetében is azt találtuk, hogy a vas, az adott esetben dópoló összetevő, hozzájárult a nitridálási folyamat jelentős meggyorsításához.
Ha a fém alapanyag alumínium, a dópoló összetevő célszerűen magnézium. Ezt a fém alapanyaghoz és/vagy a töltőanyaghoz adagoljuk. A fentiekben már ismertetett különböző technikák egyikét felhasználva.
A dópoló anyagok jelenléte mind szilícium, mind alumínium esetében biztosítja, hogy a fém alapanyag nitridálási folyamata felgyorsul, a kapott termék mikrosttuktúrújának porozitása lecsökken, a fém alapanyag sokkal hatékonyabban épül be a nitrid formájában a kerámia anyagú mátrix összetevői közé.
A fém alapanyag oxidálásának (tehát adott esetben nitridálásának) feltételeit célszerűen lehet irányítani úgy is, hogy a reakciótermék mennyiségétkorlátozzuk. Ezzel olyan kerámia terméket állítunk elő, amelynek mátrixa elsősorban fémből áll, a reakcióban részt nem vett fém fogadja be a töltőanyag részecskéit
A találmány szerinti eljárás egy további foganatosítási módjában a fémből Élő mátrix és ennek megfelelően az összetett szerkezetű végtermék fizikai jellemzőit kedvezőén tudjuk befolyásolni, ha a fém alapanyaghoz egy vagy több, célszerűen választott összetevőt ötvőzőként adagolunk. Az összetevők biztosíthatják például szilárd oldat létrejöttét a fém szilárdságát javító precipitációt, a fémes fázis konverzióját magas olvadáspontú intennetallikus vegyűletekké, vagy a fém olvadáspontjának megemelését Ha a fém alapanyag szilícium, a töltőanyag lényegében szilícium-nitrid, a fém alapanyag tisztán visszamaradó mennyiségének tulajdonságait kedvező módon lehet befolyásolni vas, réz, mangán, titán, nikkel vagy kalcium mint ötvöző összetevő beadagolásával.
A találmány szerinti eljárás foganatosítása során célszerűlehet az ötvöző összetevők bevitele a töltőanyagból álló testbe vagy a fém alapanyagba, amivel biztosítjuk, hogy a végtermékben megjelenő fémes összetevő összetétele és tulajdonságai a kívánt értékeket veszik fel. Különösen vonatkozik ez arra az esetre, amikor a 5 fém végül is nem nitridként, hanem szűreidként vagy intennetallikus fázisban jelenik meg. Az ötvöző összetevőket közvetlenül a fémes alapanyaghoz is adagolhatjuk. Természetesen a töltőanyagba bekevert, abba beépített redukálható vegyületek szintén szolgálhatnak 10 az ötvöző összetevők fonásául.
Igen előnyős az a foganatosítási mód amikor a fém alapanyag alumínium, míg oxidálószerként oxigént használunk. Ilyenkor az ötvöző összetevők bevitelének nagyon hasznos módja az, hogy az alumíniummal re15 dukálható egy vagy több oxidot építünk be a rendszerbe. Az alíalmas oxidok között van a réz, a szilícium és a titán oxidja is, amelyek szemcsézett anyagként keverhetők be a töltőanyagba. Az oxidokat egészen finomra lehet őrölni, alkalmas vizes vagy szerves kö20 zeggel belőlük szuszpenzió hozható létre és ez a szuszpenzió bevonatként felvihető a töltőanyag részecskéinek felületére.
A találmány szerinti eljárás egy további előnyös foganatosítási módjában a töltőanyagban vagy annak 25 felületén olyan gátló elemet illetve vegyületeket helyezünk el, amelyek az előállítani kívánt összetett szerkezetű kerámia termék külső felületét hivatottak meghatározni. Agáfló elemek vagy vegyületek feladata az oxidációs reakciótermék növekedésének, illetve kifej30 lődésének lefékezése, megállítása, amit a töltőanyagot átjáró fém előrehaladása során biztosítanak.
A gátló elemek, vegyületek létrehozására minden olyan elem, összeállítás, szerkezeti anyag vagy hasonlók felhasználható, amely az oxidációs reakció feltéte35 lei között, a találmány szerinti eljárás foganatosítása során legalább egy ideig integritását megtartja, nem illékony, a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószert átenged, de amikor az oxidációs reakció hozzá elér, azt lokálisan lefékezi, leállítja vagy megakadályozza, 40 esetleg reakcióméregként hatva az oxidációs reakciótermék kifejlődését, növekedését kizárja. Ha alumíniumot alkalmazunk kiindulási fém alapanyagként, a gátló anyagok például a kálcium-szulfát (alabástromgipsz), kálcium-szilikát, portlandcement vagy ezek keveréket 45 A gátló anyagot ilyenkor pasztaszerű vagy zagy halmazállapotú anyagként visszük fel a töltőanyag felüle. tére. Szilícium fém alapanyag alkalmazásakor a gátló elem anyaga lehet például alumrnrunx-tnoxid, szilícium-dioxid stb. Ugyanerre acélra jól használhatók a bór 50 nem illékony vegyületei is, mint például a bór-nítrid. A gátló elemben célszerű lehet éghető vagy illékony anyag alkalmazása is, amelyet az emelkedő hőmérséklet eltávolít, de olyan anyag is beépíthető, amely a hőmérséklet emelkedése során Iebomlik és ezzel a gát55 ló elem porozitását, gázzal szembeni permeabilitását javítja, esetleg biztosítja. A gátló elemek anyagai között szerepelnek a szemcsés tűzálló anyagok is, amelyek előnyős tulajdonsága, hogy a reakció feltételei között egyébként általában bekövetkező zsugorodást 60 megrepedezést nem mutatják. Különös előnye ez utób12
HU 204244 Β bi anyagoknak, hogy általában a töltőanyag, illetve az előminta hőtágulási tényezőjével azonos jellemző hőtágulást mutatnak, ami a folyamat feltételei között igen kedvező. így például ha az előmintát alumínium-trioxid alkalmazásával állítjuk elő, a kapott kerámia 5 anyag is alumínium-trioxid bázisú, a gátlő elemben jelentős mennyiségbenlehetnek alumínium-trioxid részecskék, mégpedig célszerűen a 20 ... 1000 mesh szemcsézettségi tartományban, de esetleg még finomabbak is. A gátló elem további előnyös példái a 10 tűzálló tulajdonságú kerámia anyagok, illetve a fémlemezek, ha ezek legalább egy oldalon nyitva vannak és képesek a töltőanyag ágyába a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószert beengedni, az oxidálószer és a megolvasztott fém alapanyag közötti reakcióhoz szűk- 15 séges kapcsolatot biztosítani.
A fentiekben már ismertetett módon az alumínium és a szilícium oxídjai igen alkalmasak arra, hogy szilíciumból és szilícium-nitridből álló kerámia anyagok kifejlesztése esetén gátló elemként működjenek. Ennek 20 alapokát abban láthatjuk, hogy a szilícium megolvasztott állapotában alig képes az alumínium-trioxidot, ill. a szilícium-dioxidot nedvesíteni. Ennek megfelelően az alumino-szilikát ásványok is, mint pl. a mullit vagy kaolin igen jól használhatók gátló elemek létrehozásá- 25 ra. A szilíciumnál kevéssé nemes és ennek megfelelően a szilíciummal nem redukálható fémek oxídjai, mint pl. az alkálifémek, továbbá az alkáliföldfémek oxidjai és más vegyületei, továbbá ezek alumínium-trioxiddal és szilícium-dioxiddal alkotott vegyületei szintén jó gáüó 30 hatást képesek kifejteni. Az oxid olvadáspontjának a nitridálási reakció hőmérséklete fölött kell lennie, ha az oxidot gátló elem kialakítására akarjuk használni, és további feltétel, hogy az a megemelt nitridálási hőmérsékleten ne szinterelődjön olyan sűrű testté, amelyen a 35 gáz nem képes áthatolni.
Mint már a fentiekben említettük, a bór nem illékony vegyületei, mint például a bór-nitrid szintén alkalmasak a gátló elem létrehozására, vagyis képesek olyan reakciófeltételeket teremteni, amikor a szilícium- 40 nitrid már nem tud továbbhaladni, a töltőanyagba benőni. A bór hatása is a nedvesítés! feltételek lerontásában jelentkezik, vagyis a szilíciumból és szilícium-nitridből álló rendszerekben a bór megakadályozza azt, hogy a fém alapanyag a töltőanyagba behatolhasson. 45
A találmány szerinti eljárás egy még további foganatosítási módjában igen célszerűnek bizonyult az a megoldás, hogy a nitridálási reakciót egy adott pillanatban - ennek meghatározása az előállítani kívánt terméktől függ - a fém alapanyaghoz és/vagy a gáz halmazálla- 50 potú oxidáló atmoszférához olyan vegyületet vagy anyagot adagolunk, amely reakcióméregként működik. Például szilícium fém alapanyag esetében a fémes bór, az illékony bór vegyületek (a bór oxidjai, halogenidjei, valamint hidridjei) biztosítják a reakció leállítását. 55
A reakcióméregként beadagolt anyagok, vegyületek hatását semlegesíteni lehet, ha belőlük stabil anyagokat hozunk létre. így bór esetében, ba a szilícium a fém alapanyag, kalciumot vagy káliumot, illetve ezek vegyületeit adagolva újból létrejönnek a nitridálás feltété- 60 lei. Az elemi kalcium egyébként ötvöző összetevőként adagolható a szilícium fém alapanyaghoz is, pl. kb. 10 t% részarányban, míg az ugyancsak kb. 10t% mennyiségű (a szilíciumhoz viszonyítva) kalcium-nitrid a szilícium-nitridből álló töltőanyaghoz keverhető. Ilyenkor a kalcium hatására kalcium-hexaboríd keletkezik, amely szilárd anyagként kiválik, a bórt a megolvasztott fém alapanyagból eltávolítja, koncentrációját oly mértékben csökkenti, hogy a bór-nitrid keletkezési feltételei megszűnnek, visszaállnak a kívánt kedvező nedvesítési feltételek.
Az oxidációs reakciót leállító vagy mérgező szenynyező összetevők nemcsak káros hatást fejthetnek ki. Ezek jól bevezethetők az oxidációs reakció szabályozása céljából. Ennek célja lehet például az, hogy a fém alapanyag egy adott mennyiségének elhasználása után egy ilyen szennyező összetevő beadagolásával megteremtjük annak feltételeit, hogy a megolvadt fém alapanyagot kívánt mértékben ötvözzük, majd megfelelő semlegesítő anyag hozzáadásával a reakciót folytathatjuk, immár megváltozott összetételű fém alapanyag alapján állítva elő az oxidációs reakciótermékei.
A találmány szerinti eljárást a továbbiakban kiviteli példák bemutatásával ismertetjük még részletesebben.
1. példa
Kereskedelmi forgalomban beszerezhető átlagos tisztaságú, 3 t% szilícium és 3 t% magnézium ötvöző összetevőt tartalmazó alumíniumot használtunk fel a találmány szerinti eljárással készítendő polikristályos összetett szerkezetű, alumínium-trioxid alapú kerámia anyag előállítására. A kiválasztott reakcióhőmérséklet 1250 °C volt és a töltőanyagot a Norton Co. 38 Alundum jelű alumínium-trioxidjából készítettük el. Az oxidálószer a kívánalmaknak megfelelően gáz halmazállapotú, mégpedig oxigén volt.
A töltőanyag részecskéinek kétféle szemcsézettségét és az oxidálószer parciális nyomásának két értékét választva négy összehasonlító vizsgálatot végeztünk, melyek során a következő eredményeket kaptuk:
Jellemző: Vizsgálat
1 2 3 4
oxidáló- szer 100% 100% 10% oxigén 10% oxigén
tf%'-ok oxigén oxigén 90% argon 90% argon
töltő- anyag 200 pm sűrű 50 pm sűrű 200 pm 50 pm
mikrost- ruktúra pórus- mentes pórus- mentes porózus porózus
reakció üteme leggyor- sabb gyorsabb lassúbb lassúbb
Látható, hogy az oxigén parciális nyomásának növelésével a reakció üteme jelentősen meggyorsult, míg ugyanez a töltőanyag részecskeméretének növekedésé13
HU 204244 Β vei sokkal kevéssé volt észlelhető. A vizsgálatok alapján kitűnt, hogy a leggyorsabb az 1 jelű vizsgálat volt, ennél lassúbb volt a 2 jelű, a 3 jelű a 2-néI nagyságrendekkel volt lassabb és a 4 jelű még ennél is kisebb sebességgel folyt le. 5
2. példa
Nagy tisztaságú szilíciumot választottunk fém alapanyagul. Ebből a találmány szerinti eljárással szilícinm-nitriri alapú polikristályos szerkezetet hoztunk lét- 10 re, mégpedig 1650 °C hőmérséklet alkalmazásával. A töltőanyag a KemaNord Company által szállított szilícium-nitrid volt Oxidálőszemek nitrogént használtunk.
Két vizsgálatot végeztünk, mégpedig az egyikben a 15 töltőanyagot a kapott szilícium-nitrid mindenféle előkezelése nélkül használtuk, míg a másikban megőröltük, mielőtt felhasználtuk töltőanyagként Akapott szilícium-niírid rendezett struktúrájú, sztochasztikusan változó alakú részecskékből áll, amelyek méretei 150 20 ... 250 pm tartományba esnek. A részecskékben 1... 10 pm méretű kriszíallitok vannak, és a részecskék ezeknek a krisztallitoknak a tömőrítvényei. A részecskék általában porózusak, a porozitás részaránya erősen változik a részecskéknél. A töltőanyagot a második vizs- 25 gáláihoz 10 pm-eskrisztallitokig őröltük meg. Mindkét esetben a részecskéket töltőanyagként ágyban rendeztük el, megállapítható volt, hogy a részecskék között lényegében nem alakultak ki egymással kapcsolódó csatornák. Inkább a részecskék között kis nyílások ma- 30 radtak. A szilíciumból öntvényt készítettünk és ezt a töltőanyag rétegébe ágyaztuk be.
Az oxidációs reakció eredményeként a következőket kaptuk:
Az oxidációs reakció eredményeként a kővetkezőket kaptuk:
Vizsgá- lat Töltőanyag Égetés ideje Tőmeg- nőveke- dés%* Mátrix anyaga
1 150...250 pm porózus szemcsék 16 óra 62 szilíci- um-nit- rid
2 10 pm, porózus szabad kriszíallitok 48 óra 38 fém
az átmenetileg kiszámított maximumhoz képest
A fentiekből nyilvánvaló, hogy a háromszor hoszszabb égetési idő ellenére a 2 jelű vizsgálat során az igen finom szemcsékből álló töltőanyag alkalmazásának eredményeként az oxidációs reakció alig követke- 55 zik be, vagyis a reakcióból a fém jelentős része kimaradt
A 3. ábra nagyításban (100-szoros) mutatja az 1 jelű vizsgálat során a megolvadt szilícium fém alapanyaggal átjárt töltőanyagból közvetlenül az infiltrácró után 60 vett minta mikrofényképét, ahol a szilícium-nitrid töltőanyag porózus tőmörftvényként van jelen. A szürke zónák a szilícium-nittid jelenlétét mutatják, a fehér foltok a reakcióban részt nem vett szilíciumra utalnak, míg a porozitást a fekete foltok képviselik. A szilíciumnitrid kiindulási részecskéi jól felismerhetők, ugyanúgy, mint a részecskéken belüli pórustérfogat, amelybe a fémes szilícium behatolt Minden részecskét a szilícium-nitrid mint reakciótermék sűrű rétege vesz körül. A részecskék közötti térfogatban a porozitás fennmaradt A 4. ábra az 1 jelű vizsgálat során kapott összetett szerkezetű kerámia terméket mutatja mikrofelvételen, ahol a mintát a nitridálási reakció befejezése után vettük az anyagból.
Az 5. ábra a 4. ábrához hasonlóan 100-szoros nagyításban mutatja a kapott végtermék egy részletét de ezúttal a 2 jelű vizsgálatban kapott összetett szerkezetű testet mutatjuk be. Itt is jól megkülönböztethetők a töltőanyag eredeti részecskéi (4. és 5. ábra). A 4. ábra azt mutatja, hogy a részecskék közötti pórusokat a szilícium-niírrd reakciótermék kitöltötte és így lényegében pórusoktól mentes struktúra jött létre.
Az 5. ábrából nyilvánvaló, hogy a töltőanyag ágyát a megolvadt szilícium reaktív módon nem tudta átjárni. Ez annyit jelent, hogy a megolvadt szilícium kitöltötte a töltőanyag részecskéi között kialakuló nagyobb üres tereket, lokálisan fémes mátrixra épülő összetett szerkezetjött létre.
A következő példa azt hivatott bizonyítani, hogy a dópoló anyag milyen hatással van a nagy tisztaságú szilícium nitridálási folyamatára.
3. példa
Szilíciumból kiindulva szilícium-nitrid bázisú polikristályos összetett szerkezetű kerámia termékeket állítottunk elő a találmány szerinti eljárással, mégpedig a kővetkezőkiindulási fémeket használva:
1. nagy tisztaságú szilícium (alfa fokozat)
2. 10 t% vasat tartalmazó nagy tisztaságú (90 t%) szilícium
3. 10 t% rezet tartalmazó nagy tisztaságú (90 tib) szilícium
A reakciófeltételek mindhárom esetben azonosak voltak, mégpedig 1550 °C hőmérsékleten a fémet 16 órán keresztül izzítottuk. Ehhez 150... 250 pm nagyságú szemcsékből álló szilícium-nitrid töltőanyagot használtunk fel, amely a Kena Nord Company terméke.
A folyamat lefolytatása után a kapott termékeket kinyertük és a következő eredményeket állapítottuk meg:
Vizsgálat Fém alapanyag Tőmegnövekedés, %*
1 tiszta Si 65
2 901% Si+101% Fe 85
3 901% Si+101% Cu 75
jft
Az elméletileg kiszámított maximumhoz képest.
HU 204244 Β
Afentiek alapján nyilvánvaló, hogy a tömegnövekedés jelentős volt Ez annyit jelent, hogy a szilícium mint fém alapanyag nitridálásának foka a dópoló anyagok alkalmazásával, adott esetben a vas, illetve a réz beadagolásával nagymértékben javítható.
Bár a találmányt a fentiekben csak néhány példaként kiválasztott foganatosítási mód alapján ismertettük részletesen, szakember számára nyilvánvaló, hogy az előzőekben adott útmutatásokra támaszkodva számos további, az igénypontokban meghatározott oltalmi körbe eső megvalósítás lehetséges.

Claims (33)

1. Eljárás töltőanyagot tartalmazó kerámia és kerámia-fém termékek előállítására, amikor is fém alapanyagból fizikokémiai folyamatokkal önhordó szerkezetű polikritályos anyagot hozunk létre, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagot (2) választunk, a fém alapanyagot (2) gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószerrel létrehozott oxidáló környezetben olvadáspontja fölötti hőmérsékletre hevítve megolvasztjuk, a megolvasztott fém alapanyagot (2) töltőanyag (3) permeábilis masszájával hozzuk kapcsolatba, ahol a töltőanyagban (3) részecskék (5,6,7,8) közötti pórusok formájában üres térfogatot biztosítunk, a fém alapanyag (2) olvasztott állapotában való tartásához szükséges hőmérsékletet fenntartjuk és ezzel a töltőanyagnak (3) a megolvadt fém alapanyaggal (2) való infiltrációját biztosítjuk, valamint a fém alapanyag (2) és a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer közötti oxidációs reakciót az infiltráció és az oxidációs reakció ütemét szabályozó feltételek között oly módon folytatjuk, hogy a fém alapanyag (2) és az oxidálószer között az infiltrációval a töltőanyagban (3) átjárt részecskék (5, 6, 7, 8) közötti pórusok térfogatának legalább egy részében az oxidációs reakciót tovább visszük és így az oxidációs reakcióterméket a töltőanyag (3) masszáján belül hozzuk létre, mikor is a töltőanyag (3) részecskéit (5,6,7, 8) befogadó és szükség szerint a fém alapanyag (2) oxidálatlan részeit befogadó mátrixot hozunk létre, majd a hőmérsékletet lecsökkentjük és az előállított terméket kinyerjük.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyagból (3) álló permeábilis szerkezetű masszát belső porozitással rendelkező részecskékből (5) hozzuk létre, és a fém alapanyag (2) valamint az oxidálószer közötti oxidációs reakció lefolytatásával a massza infiltrációja során az oxidációs reakciótermékkel a részecskék (5) közötti pórusok és a részecskéken (5) belüli pórusok térfogatát kitöltjük
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyag (3) részecskéire (5) jellemző porozitást 20... 80 tf% részarányban biztosítjuk.
4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a porozitást 50 tf%-os részarányban biztosítjuk.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyag (3) permeábilis masszáját egymással lazán kapcsolódó részecskék (5, 6,7,8) összenyomott ágyaként hozzuk létre.
6. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, .azzal jellemezve, hogy a töltőanyagból (3) álló permeábilis masszát kötőanyaggal egyesített részecskékből (5, 6,7,8) álló előmintaként hozzuk létre.
7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyagot (3) szivacsszerű szerkezetű anyagból alakítjuk ki.
8. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyagot (3) szálas, rúdszerű vagy lemezkés elemekből álló anyagból alakítjuk ki.
9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az infiltráció ütemének szabályozását a megolvadt fém alapanyagnak (2) hidrosztatikus nyomás alá helyezésével biztosítjuk
10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az infiltráció ütemének növelése céljából a megolvadt fém alapanyagot (2) megnövelt gáznyomás hatásának tesszük ki.
11. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a megolvadt fém alapanyag (2) hidrosztatikus nyomásának növelésére a megolvadt fém alapanyaggal (2) közlekedő és megolvadt fém alapanyagot (2) tartalmazó, megemelt szintű edényt (1) alkalmazunk.
12. Az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az infiltráció ütemének csökkentésére a hidrosztatikus nyomást 105 Pa nyomás alá csökkentjük.
13. A12. igénypont szerinti· eljárás, azzal jellemezve, hogy a megolvadt fém alapanyagot (2) a nyomás csökkentésére a töltőanyag (3) alatt rendezzük el és ezzel a gravitációs és a kapilláris erők ellentétes hatóirányát hozzuk létre.
14. Az 1-13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószert 104 ... 105 Pa parciális nyomás mellett alkalmazzuk.
15. A14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a parciális nyomás csökkentésére az oxidálószert semleges kémhatású gázzal felhígítjuk.
16. A15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálószer hígítására argont használunk.
17. A14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidációs reakcióhoz a redukált parciális nyomást hermetikusan lezárt kamrában biztosítjuk, amikor is az oxidációs reakció lefolytatásával a kamrában levő oxigént elfogyasztjuk, majd az oxidálószert szabályozott ütemben vezetjük be a hermetikusan lezárt kamrába.
18. Az 1-17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakció lefolytatása közben a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer parciális nyomását megnöveljük, célszerűen a fém alapanyagot (2) nyomástartó edényben hevítjük és annak belsejében a nyomást 1 ... 2 x 105 Pa értékre növeljük.
19. Az 1-18. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidációs reakció lefoly15
HU 204244 Β tatásának zónájába a reakció menetét befolyásoló dópoló anyagot visszük be.
20. A19. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dópoló anyagot a fém alapanyag (2) ötvöző összetevőjeként visszük be az oxidációs reakció Iefoly- 5 tatásának zónájába.
21. A19. vagy 20. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dópoló anyagot a fém alapanyag (2) felületére borításként visszük fel és a fém alapanyag (2) felülete valamint a töltőanyag (3) között rendezzük 10 eL
22. A19-21. igénypontok bánnelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dópoló anyagot porított vagy szemcsés állapotban a töltőanyaghoz (3) keverjük. 15
23. A19-22. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dópoló anyagot víz vagy szerves oldószer felhasználásával oldatba visszük, belőle szuszpenziót készítünk és a szuszpenziót a töltőanyag (3) részecskéin (5, 6, 7, 8) létrehozott felületi 20 bevonat kialakítására használjuk fel,
24. Az 1-23. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oxidálőszerként a folyamat feltételei között gőz állapotú nitridáló szert alkalmazunk és az oxidációs reakcióval a fém alapanyag (2) 25 nitridjét állítjuk elő.
25. A24. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként (2) szilíciumot, alumíniumot vagy titánt alkalmazunk.
26. A 24. vagy 25. igénypont szerinti eljárás, azzal 30 jellemezve, hogy oxidálószeikéntnagy tisztaságú nitrogéngázt használunk vagy a reakció feltételei között nitrid képzésére alkalmas vegyületet alkalmazunk.
27. A 24-26. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a góz halmazállapotú nitri- 35 dálószer alkalmazása előtt a töltőanyagot (3) nitrogéngázzal, hidrogénnel vagy semleges gázzal átmossuk és ezzel a töltőanyag (3) részecskéinek (5,6,7,8) felületén lekötött oxigént és/vagy nedvességet eltávolítjuk.
28. A 27. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az átmosást 1550... 1800 °C hőméiséklető töltőanyagban (3) 1... 5 órás időtartammal hajtjuk végre.
29. A 24-28. igénypontok bánnelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyagban (3) szilícium, alumínium és titán közül legalább egy nitridjét alkalmazzuk,
30. A 24-28. igénypontok bánnelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyagot (3) szilícium vagy alumínium fémből álló alapanyag porózus testének gőz vagy gáz halmazállapotú nitridálószer jelenlétében előállított szilícium-nitridből vagy alumíniumnitódből hozzuk létre.
31. A24. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként vasat vagy vas ötvözetet adagolunk.
32. A 24-28. igénypontok bánnelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként (2) alumíniumot alkalmazunk, amelyhez dópoló anyagként magnéziumot adagolunk.
33. Az 1-32. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidációs reakciótermék előállítását a fém alapanyag (2) egy adott részének elfogyasztásáig folytatjuk, a fennmaradó fém alapanyagot (2) az oxidációs reakciótennék előállítása közben vagy után dópoló anyaggal ötvözzük, majd az oxidációs reakciót az· ötvözött fém alapanyag (2) felhasználásával visszük tovább.
HU874096A 1986-09-16 1987-09-15 Process for producing ceramic and ceramic-metal products containing filling materials HU204244B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/907,927 US4824625A (en) 1986-09-16 1986-09-16 Production of ceramic and ceramic-metal composite articles incorporating filler materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
HUT46630A HUT46630A (en) 1988-11-28
HU204244B true HU204244B (en) 1991-12-30

Family

ID=25424866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU874096A HU204244B (en) 1986-09-16 1987-09-15 Process for producing ceramic and ceramic-metal products containing filling materials

Country Status (28)

Country Link
US (1) US4824625A (hu)
EP (1) EP0261055B1 (hu)
JP (1) JP2612577B2 (hu)
KR (1) KR950008595B1 (hu)
CN (1) CN1036191C (hu)
AT (1) ATE81647T1 (hu)
AU (1) AU600973B2 (hu)
BG (1) BG47031A3 (hu)
BR (1) BR8704766A (hu)
CA (1) CA1307386C (hu)
CS (1) CS275617B6 (hu)
DE (1) DE3782304T2 (hu)
DK (1) DK169917B1 (hu)
FI (1) FI873883A (hu)
HU (1) HU204244B (hu)
IE (1) IE60943B1 (hu)
IL (1) IL83858A (hu)
IN (1) IN168487B (hu)
MX (1) MX165196B (hu)
NO (1) NO873827L (hu)
NZ (1) NZ221750A (hu)
PH (1) PH25259A (hu)
PL (1) PL156554B1 (hu)
PT (1) PT85704B (hu)
SU (1) SU1830057A3 (hu)
TR (1) TR23693A (hu)
YU (1) YU46715B (hu)
ZA (1) ZA876903B (hu)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5162273A (en) * 1986-05-08 1992-11-10 Lanxide Technology Company, Lp Shaped ceramic composites and methods of making the same
US5340655A (en) * 1986-05-08 1994-08-23 Lanxide Technology Company, Lp Method of making shaped ceramic composites with the use of a barrier and articles produced thereby
US4828008A (en) * 1987-05-13 1989-05-09 Lanxide Technology Company, Lp Metal matrix composites
US4956319A (en) * 1987-11-03 1990-09-11 Lanxide Technology Company, Lp Compliant layer
AU652573B2 (en) * 1990-05-09 1994-09-01 Lanxide Corporation Metal matrix composites
US6103651A (en) * 1996-02-07 2000-08-15 North American Refractories Company High density ceramic metal composite exhibiting improved mechanical properties
DE102006010289B4 (de) * 2006-03-02 2010-07-01 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Spaltung von Schwefelsäure
TWI632705B (zh) * 2013-12-03 2018-08-11 皇家飛利浦有限公司 製造陶瓷透光屏障單元的方法、屏障單元、光源及照明器
RU2663146C1 (ru) * 2017-09-19 2018-08-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Материал шпонки для высокотемпературных применений

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2741822A (en) * 1951-01-29 1956-04-17 Carborundum Co Preparation of refractory products
US2792214A (en) * 1953-11-12 1957-05-14 United States Steel Corp Furnace lining
US3255027A (en) * 1962-09-07 1966-06-07 Du Pont Refractory product and process
US3298842A (en) * 1963-03-22 1967-01-17 Du Pont Process for preparing hollow refractory particles
US3296002A (en) * 1963-07-11 1967-01-03 Du Pont Refractory shapes
US3419404A (en) * 1964-06-26 1968-12-31 Minnesota Mining & Mfg Partially nitrided aluminum refractory material
US3473987A (en) * 1965-07-13 1969-10-21 Du Pont Method of making thin-walled refractory structures
DE1567844A1 (de) * 1965-08-13 1970-10-22 Tokyo Shibaura Electric Co Methode zur Herstellung einer gesinterten Masse von Aluminium-Nitrid
US3421863A (en) * 1966-03-04 1969-01-14 Texas Instruments Inc Cermet material and method of making same
US3437468A (en) * 1966-05-06 1969-04-08 Du Pont Alumina-spinel composite material
US3789096A (en) * 1967-06-01 1974-01-29 Kaman Sciences Corp Method of impregnating porous refractory bodies with inorganic chromium compound
US3473938A (en) * 1968-04-05 1969-10-21 Du Pont Process for making high strength refractory structures
US3864154A (en) * 1972-11-09 1975-02-04 Us Army Ceramic-metal systems by infiltration
US3973977A (en) * 1973-11-01 1976-08-10 Corning Glass Works Making spinel and aluminum-base metal cermet
JPS5217837A (en) * 1975-07-31 1977-02-10 Sumitomo Electric Ind Ltd Path for transmitting leakage light
GB1595280A (en) * 1978-05-26 1981-08-12 Hepworth & Grandage Ltd Composite materials and methods for their production
US4600481A (en) * 1982-12-30 1986-07-15 Eltech Systems Corporation Aluminum production cell components
DE3381519D1 (de) * 1983-02-16 1990-06-07 Moltech Invent Sa Gesinterte metall-keramikverbundwerkstoffe und ihre herstellung.
NZ211405A (en) * 1984-03-16 1988-03-30 Lanxide Corp Producing ceramic structures by oxidising liquid phase parent metal with vapour phase oxidising environment; certain structures
NZ212704A (en) * 1984-07-20 1989-01-06 Lanxide Corp Producing self-supporting ceramic structure
US4851375A (en) * 1985-02-04 1989-07-25 Lanxide Technology Company, Lp Methods of making composite ceramic articles having embedded filler
JPS6283378A (ja) * 1985-10-07 1987-04-16 トヨタ自動車株式会社 強化された窒化ケイ素焼結体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DK481287A (da) 1988-03-17
JPS6379770A (ja) 1988-04-09
CN1036191C (zh) 1997-10-22
AU7834187A (en) 1988-03-24
PT85704A (en) 1987-10-01
CN87106244A (zh) 1988-03-30
KR950008595B1 (ko) 1995-08-03
PT85704B (pt) 1990-08-31
IE60943B1 (en) 1994-09-07
CS275617B6 (en) 1992-03-18
NO873827L (no) 1988-03-17
JP2612577B2 (ja) 1997-05-21
US4824625A (en) 1989-04-25
YU46715B (sh) 1994-04-05
DE3782304T2 (de) 1993-03-25
IL83858A0 (en) 1988-02-29
HUT46630A (en) 1988-11-28
YU172387A (en) 1989-06-30
AU600973B2 (en) 1990-08-30
EP0261055B1 (en) 1992-10-21
DK481287D0 (da) 1987-09-15
DE3782304D1 (de) 1992-11-26
ZA876903B (en) 1988-09-28
EP0261055A3 (en) 1990-02-07
CA1307386C (en) 1992-09-15
FI873883A0 (fi) 1987-09-08
ATE81647T1 (de) 1992-11-15
DK169917B1 (da) 1995-04-03
FI873883A (fi) 1988-03-17
PL156554B1 (pl) 1992-03-31
NO873827D0 (no) 1987-09-14
MX165196B (es) 1992-10-30
KR880003857A (ko) 1988-05-30
PL267690A1 (en) 1988-07-21
IN168487B (hu) 1991-04-13
NZ221750A (en) 1990-08-28
EP0261055A2 (en) 1988-03-23
IE872480L (en) 1988-03-16
IL83858A (en) 1991-08-16
SU1830057A3 (ru) 1993-07-23
TR23693A (tr) 1990-06-15
BR8704766A (pt) 1988-05-03
PH25259A (en) 1991-03-27
BG47031A3 (en) 1990-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2905513B2 (ja) 三次元的に相互接続した共マトリックスを含有する金属マトリックス複合体の形成方法
JP2505217B2 (ja) セラミック複合材料の製造方法
EP0261062B1 (en) Modified ceramic structures and methods of making the same
EP0261070B1 (en) Ceramic foams
HU204244B (en) Process for producing ceramic and ceramic-metal products containing filling materials
FI91495C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sulasta matriisimetallista ja oleellisesti ei-reaktiivisesta täyteaineesta
KR970008035B1 (ko) 분쇄된 산화 반응 생성물을 충전재로서 이용하는 금속 매트릭스 복합체 제조 방법
JP2546856B2 (ja) セラミック複合物物体の製造方法
JPH0513116B2 (hu)
JPS6385061A (ja) セラミック複合体の製造方法
JPH01317156A (ja) 自己支持セラミック複合材料体及びその製造方法
JP2612578B2 (ja) 自己支持セラミック複合材料の製造方法
US4981632A (en) Production of ceramic and ceramic-metal composite articles incorporating filler materials
KR0121458B1 (ko) 금속 매트리스 복합체를 형성하는 역형상 복제 방법
JP3482480B2 (ja) 耐酸化性に優れた黒鉛−炭化珪素複合体及びその製造方法
JP2633863B2 (ja) セラミック物品の製造方法
JPS6379766A (ja) セラミック複合物物体の製造方法
JPH0967164A (ja) ダイヤモンド焼結体及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
HMM4 Cancellation of final prot. due to non-payment of fee