HUT55729A - Process for producing ceramic products of composed structure - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás fémes mátrixű összetett szerkezetű kerámia test előállítására, amikoris olvasztott állapotú szerkezeti fémet kerámia jellegű szerkezeti anyag belsejébe juttatunk, majd a kapott kerámia jellegű testet megszilárdítjuk. Lényege, hogy először a szerkezeti anyagot befogadó, tömör fallal határolt mintaedényt (12) hozunk létre, amihez a következő lépésekkel:

(i) első töltőanyagból belső üreggel ellátott permeábilis anyagó előmintát készítünk, amelyben adott esetben legalább egy, a felületet elérő nyílás van, (ii) fém alapanyagot tartalmazó olvadéktestet oxidálószer jelenlétében az előmintával érintkezésbe hozunk, a fém alapanyagot olvasztott állapotban, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten tartva a fém alapanyag és az oxidálószer között oxidációs reakciót indítunk meg és futtatunk le, miközben (iii) az oxidációs reakcióterméknek legalább egy részét a megolvadt fém alapanyaggal érintkeztetjük, a megolvadt fém alapanyagot az általa az oxidációs reakciótermékkel alkotott határfelületen keresztül az olvadéktestből fokozatosan eltávolítjuk, az előminta anyagán belül az oxidálószerrel kapcso latba hozzuk, amivel az oxidációs reakciótermék mennyiségét növeljük, amíg (iv) az előminta anyagának legalább egy részét az oxidációs reakciótermék anyagába beágyazzuk, aminek révén az előmintából a belső üreget és adott esetben a legalább egy nyílást körbevevő lényegében tömör szerkezeti fallal határolt mintaedényt (12) alakítunk ki, majd (v) az oxidációs reakciótermékké való átalakulásból kimaradt fém alapanyag legalább egy részét a tömör szerkezeti fallal határolt térből eltávolítjuk és ezt követően a szerkezeti fém bejuttatását úgy végezzük, hogy második töltőanyaggal (22), mint szerkezeti anyaggal kialakított permeábilis szerkezetű masszát helyezünk a mintaedény (12) tömör szerkezetű fallal határolt belső üregébe, a második töltőanyagot olvasztott állapotú, alumínium és/vagy magnézium alapú szerkezeti fémmel (20) hozzuk érintkezésbe, a szerkezeti fém (20) olvadt állapotát biztosító hőmérsékleten a belső üreget és a benne levő második töltőanyagot (22) adott esetben a legalább egy nyílásba helyezett szerkezeti fémmel (20) hermetikusan lezárjuk, a hermetikusan lezárt belső üregben a második töltőanyagot a szerkezeti fémmel (20) átitatjuk, és végül a hőmérsékletet a szerkezeti fém (20) olvadáspontja alá csökkentjük.

DANUBIA SZABADALMI ÉS VÉDJEGYIRODA • · · « « · • · • * «

«

I

Képviselő:

ÁLBudapest

KÖZZÉTÉTELI példány

ELJÁRÁS FÉME^xMÍtRIXÚ ÖSSZETETT SZERKEZETŰ KERÁMIA T^SÍ^ELŐÁLLÍTÁSÁRA

LANXIDE Technology Company LP.,

Newark, Delaware

AMERIKAI EGYESÜLT ÁLLAMOK

Feltalálók:

DWIVEDI, Ratnesh Kumar

IRTOK, Virgil, Jr.

Wilmington, Delaware

Hockessin, Delaware

AMERIKAI EGYESÜLT ÁLLAMOK

A bejelentés napja: 1989. 01. 10.

Elsőbbsége: 1988. 01. 11. (142,385)

AMERIKAI EGYESÜLT ÁLLAMOK

65.322-5689/NE-Ko

- 2 A találmány tárgya eljárás fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia test előállítására, amikoris olvasztott állapotú szerkezeti fémet kerámia jellegű szerkezeti anyag belsejébe juttatunk és a kapott kerámia jellegű testet megszilárdítjuk. A találmány szerinti eljárással kívánt rugalmassági és szilárdsági jellemzőket mutató fémes összetett szerkezetű testek állíthatók elő, különösen alumínium és/vagy magnézium alapú ötvözetekből.

Számos ipari alkalmazás szempontjából igen nagy reményeket fűznek azokhoz a fémes mátrixú összetett szerkezetű testekhez, amelyekben szemcsézett kerámia anyagú összetevőt, kerámia alapú szálakat és csövecskéket alkalmaznak a szilárdsági jellemzők, különösen a rugalmasság és a törésszilárdság javítására. Az ilyen összetett szerkezetek egyesítik a fémek és a kerámia anyagok előnyös jellemzőit. Megfelelő anyagválasztás mellett különösen a szilárdság, a merevségi jellemzők, kopásállóság, a megemelt hőmérsékleten szükséges szilárdság előnyösen javíthatók a fémes anyagokhoz képest. Ugyancsak előnyös ez a megoldás, ha a fémes szerkezet sűrűségét kell csökkenteni. Az ismert megoldásokban a kívánt jellemző javításának foka erőteljesen függ az alkalmazott összetevőktől, térfogatarányuktól, illetve tömegarányuktól, továbbá a megmunkálás módjától, az összetett szerkezetű test előállítási technológiájától. Különösen nagy érdeklődésre számíthatnak azok az összetett szerkezetű testek, amelyek alapját alumínium mátrix képezi, amelyben kerámia töltőanyagként szemcsézett vagy más kis részecskékből álló frakcióként előkészített szilícium-karóid van. Ezt az anyagot a nagyfokú merevség, t - 3 i a nagy kopásállóság és a hőmérséklettel szembeni ellenállóképesség előnyösen különbözteti meg a fémes alumíniumtól.

A fémes mátrixra épülő és különösen alumíniumot hasznosító összetett szerkezetű kerámia testek előállítására számos módszert dolgoztak ki. Ezek között találjuk a porkohászati eljárásokat éppúgy, mint a nyomás alatti öntéses technológiát, amikoris az előállítani kívánt test vázát jelentő szerkezeti anyagot itatnak át fémmel.

A porkohászati módszerek esetében a por alakú fém alapanyagot és a kerámia jellegű szerkezeti anyagokat, amelyeket por, szemcse, rövid szálak formájában alkalmaznak, gondosan összekeverik, majd vagy hidegen préselik és szinterelik, vagy megemelt hőmérsékleten összepréselik. A hagyományos porkohászati eljárásokat hasznosító technológiák segítségével csak a tulajdonságok egy korlátos körében lehet a jellemzőket javítani. Alapvető probléma, hogy a kerámia anyagú fázis térfogati aránya korlátos, a 40 tf% jelenti a felső határt, az összenyomás miatt a méretek tetszés szerint nem növelhetők és ugyancsak az összenyomás okozza, hogy a késztermék alakjának egyszerűnek kell lennie, bonyolultabb felületi kialakítás csak további, a kerámia anyag jelenléte miatt igen költséges megmunkálással lehetséges. Ugyancsak probléma, hogy a szinterelés folyamatában a zsugorodás egyenetlen lehet, az összetevők elválasztódása és a szemcsék növekedése miatt a mikrostruktúra egyenetlenné válik.

Ismeretes alumínium-trioxid alapú kerámia anyag felöntése olvasztott alumíniummal. Ennek az eljárásnak a problémája az, hogy az olvasztott alumínium az alumínium-trioxidból

- 4 kialakított szerkezeti anyagokat nehezen nedvesíti és ez a késztermék belső szerkezetének koherenciáját rontja. A szakirodalom különböző megoldásokat javasol a probléma megkerülésére. Az egyik lehetőség a szerkezeti anyag részecskéinek bevonása megfelelő nedvesítőszerrel. Egy másik javaslat a megnövelt nyomást alkalmazza, amikoris vákuumban juttatják be az alumíniumot a töltőanyagba, ennek során igen magas, az alumínium olvadáspontját jelentősen meghaladó hőmérsékletet használnak. A különböző lehetőségeket együttesen szintén használják. A bonyolult technológia költséges berendezéseket, vákuumos elrendezéseket, bonyolult vezérlési elrendezéseket igényel, de ez sem biztosítja az alapvető probléma megoldását, miszerint a termékek méretei és alakja nem változtatható tetszőlegesen. A nedvesítőszer bevitele adott feltételek között káros is lehet, a végtermék minőségét lerontja.

Az US-A-3 364 976 lsz. szabadalmi leírásban reaktív hatású atmoszféra felhasználására mutatnak be javaslatot, amelynél az atmoszféra a fémolvadék behatolását könnyíti meg kerámia anyagba. A leírás olyan öntési eljárást ismertet, amelynél a fém alapanyag, például alumínium vagy magnézium alapú ötvözet olvadékát öntőedény üregébe juttatják, ahova előzetesen alkalmas töltőanyagot vittek be. Az öntőedényt olyan atmoszférába helyezik, amely a fém alapanyaggal reakcióba lép és a reakció során kis térfogatú szilárd reakciótermék keletkezik. Az öntőedényt hermetikusan lezárják és így a benne levő atmoszféra a megolvadt fémmel reakcióba lép, aminek eredményeként a gázok lekötése miatt vákuum keletkezik. A leírás példaként bemutatja a megolvadt magnézium és a levegőben • ·

található oxigén valamint nitrogén reakcióját, aminek következtében az atmoszféra gázai magnézium-oxiddá és magnézium-nitriddé alakulnak át, helyükön vákuum marad, amely elősegíti az öntőedény belső terének magnéziummal történő kitöltését. A leíráshoz fűzött rajz dobozszerű öntőedényt mutat, amelybe egyetlen felületi nyílás vezet belső üreghez és az ebben a belső üregben levő atmoszférát fogyasztja el a fém alapanyag. Az öntőedényt fémolvadékba helyezik és azt teljes mértékben hermetikusan lezárt testként alakítják ki. Az öntőedényen belül maradó gáz a fémolvadékkal reakcióba lép és összetevői szilárd halmazállapotú reakciótermékekbe mennek át. A leíráshoz adott példák alumínium-trioxid szemcsékből álló töltőanyag és magnéziumötvözet segítségével lezajló folyamatot mutatnak 704 °C hőmérséklet alkalmazásával. Egy további példa szerint szilícium-karbid átitatható 5 tömeg% magnéziumot tartalmazó alumíniumötvözettel, előnyösen 760 °C hőmérséklet alkalmazása mellett.

Ennek az eljárásnak a hiányossága a teljesen hermetikus lezárás alkalmazásának szükségessége, továbbá az a tény, hogy a belső térben a vákuum a javasolt módon csak korlátos értékű lehet.

A találmány feladata olyan eljárás kidolgozása, amellyel kerámia jellegű töltőanyag felhasználásával egyszerűen és nagy hatékonysággal válik lehetővé összetett szerkezetű test előállítása.

A találmány alapja az a felismerés, hogy megfelelő anyagválasztás mellett nincs szükség vákuum alkalmazására A magnézium és az alumínium, de ezek mellett más fémek is

- 6 kerámia töltőanyaggal érintkezve képes annak szerkezetébe behatolni, anyagát magába építeni. Alumínium esetében 700 ... ... 1200 °C hőmérsékletet használva elkerülhető a mechanikai összenyomás vagy vákuum alkalmazásának szükségessége, a fém alapanyag jól behatol a kerámia töltőanyag által biztosított szerkezetbe. A kerámia töltőanyag előnyösen szilárd halmazállapotú oxid, karbid, borid vagy nitrid, különösen alumínium-trioxid.

A kitűzött feladat megoldására olyan, fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia test előállítására szolgáló eljárást dolgoztunk ki, amelynél olvasztott állapotú szerkezeti fémet kerámia jellegű szerkezeti anyag belsejébe juttatunk, majd a kapott kerámia jellegű testet megszilárdítjuk, amikoris a találmány szerint először (i) első töltőanyaggal kívánt alakra hozott és belső üreggel ellátott permeábilis anyagú előmintát készítünk, amelyben adott esetben legalább egy, a felületet elérő nyílás van, (ii) fém alapanyagot tartalmazó olvadéktestet oxidálószer jelenlétében az előmintával érintkezésbe hozunk, a fém alapanyagot olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten tartva a fém alapanyag és az oxidálószer között oxidációs reakciót indítunk meg és futtatunk le, miközben (iii) az oxidációs reakcióterméknek legalább egy részét a megolvadt fém alapanyaggal érintkeztetve az oxidációs reakciótermék tömegét úgy növeljük, hogy a megolvadt fém alapanyagot az általa az oxidációs reakciótermékkel alkotott határfelületen keresztül az olvadéktestből fokozatosan eltávolítjuk, az előminta anyagán belül az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és így az oxidálószer valamint a már létrejött oxidációs reakciótermék határfelületén az oxidációs reakciótermék újabb mennyiségét képezzük , (iv) a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletet továbbra is fenntartva az oxidációs reakciót folytatjuk, ezzel az előminta anyagának legalább egy részét az oxidációs reakciótermék anyagába olyan mértékben beágyazzuk, aminek révén az előmintából a belső üreget és adott esetben a legalább egy nyílást körbevevő lényegében tömör szerkezeti fallal határolt mintaedényt alakítunk ki, majd (v) az oxidálószerrel való reakcióból és ennek következtében az oxidációs reakciótermékké való átalakulásból kimaradt fém alapanyag legalább egy részét a tömör szerkezeti fallal határolt térből eltávolítjuk és ezt követően a szerkezeti fém bejuttatását úgy végezzük, hogy (b) második töltőanyaggal, mint szerkezeti anyaggal kialakított permeábilis szerkezetű masszát helyezünk a mintaedény tömör szerkezetű fallal határolt belső üregébe, a második töltőanyagot olvasztott állapotú, alapvetően alumíniumból és/vagy magnéziumból álló szerkezeti fémmel hozzuk érintkezésbe, « * ««* · ·« « « · · « 4 ···« «4 ♦ · 4 « « ♦ · ··

-βίο) a szerkezeti fém olvadt állapotát biztosító hőmérsékleten a belső üreget és a benne levő második töltőanyagot adott esetben a legalább egy nyílásba helyezett szerkezeti fémmel hermetikusan lezárjuk, a hermetikusan lezárt belső üregben a második töltőanyagot a szerkezeti fémmel átitatjuk, amivel a belső üregben a második töltőanyagot diszpergált állapotban tartalmazó olvadt anyagot készítünk, és végül (d) a hőmérsékletet a szerkezeti fém olvadáspontja alá csökkentjük, majd a szerkezeti fém megszilárdulása után az összetett szerkezetű kerámia testet kinyerjük.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során célszerűen a mintaedény létrehozásához első töltőanyagként alumínium-trioxidot és/vagy szilícium-karbidot, fém alapanyagként alumíniumot, második töltőanyagként szilícium-karbidot, míg szerkezeti fémként alumíniumot választunk.

Ugyancsak célszerű az a foganatosítási mód, amikoris a mintaedény készítéséhez a fém alapanyaggal megolvasztható összetevővel létrehozott permeábilis ágyazatot tartalmazó első töltőanyagot használunk, továbbá a belső üreget a fém alapanyaggal vagy anyagában eltávolítható testtel hozzuk létre, amelynek külső felületét a belső üreg falának alakjával konform módon képezzük ki, majd a megfelelő módon létrehozott belső üregbe a fém alapanyagot öntjük be.

Általában a találmány szerinti eljárás foganatosítása során megolvasztott alumíniumot vagy magnéziumot használunk előmintából létrehozott mintaedény belsejében elhelyezett kerámia jellegű töltőanyag (második töltőanyag) átitatására, amikoris a mintaedény belső terét hermetikusan lezárjuk.

- 9 A mintaedényt magát fém alapanyagból, oxidációs eljárással hozzuk létre, mégpedig oly módon, hogy első töltőanyagból formázással vagy más ismert módon létrehozott előmintát a fém alapanyag olvadékával hozzuk kapcsolatba és oxidálószer jelenlétében a fém alapanyag olvadék állapotát fenntartjuk. Ehhez az adott oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatti hőmérsékletet választunk. Az így kapott mintaedénybe töltjük a második töltőanyagot, a mintaedény beömlését és/vagy nyílásait egyidejűleg lezárjuk. így olyan hermetikusan lezárt környezetet hozunk létre, amelyben a nem túlságosan magas hőmérsékleten levő, de megolvadt állapotú szerkezetű fém képes a második töltőanyagot átjárni. Ilyen feltételek között nincs szükség nedvesítőszerek alkalmazására, ugyancsak feleslegessé válnak az alumínium és/vagy a magnézium különleges ötvöző összetevői, a megnövelt mechanikai nyomás, illetve vákuum alkalmazása és ugyancsak nem feltétlenül szükséges különleges gázatmoszféra vagy más, az átitatási folyamatot elősegítő környezet létrehozása.

Az elmondottak értelmében először lényegében tömör falszerkezetű mintaedényt hozunk létre oxidációs reakciótermékként. Ehhez az első töltőanyagból permeábilis szerkezetű előmintát hozunk létre, amelyben belső üreg és szükség szerint egy vagy több nyílás van. Az előmintát megolvadt fém alapanyaggal hozzuk kapcsolatba, miközben oxidatív környezetet biztosítunk. Az oxidációs reakció segítségével lényegében tömör, a levegő számára áthatolhatatlan reakcióterméket hozunk létre, mégpedig a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó • 9 • · • · • 9·9 ♦ ··« ··« • · · · « · ···« · · ···V ··· ··

- 10 hőmérséklet fenntartásával. Az oxidációs reakció során az oxidációs reakciótermék egy része a fém alapanyag olvadékával marad kapcsolatban, és a kapcsolódási határfelületen keresztül transzport folyamat révén a fém alapanyag az oxidációs reakciótermék már létrejött tömegébe megy át. Ott, illetve az oxidációs reakciótermék felületén az oxidálószerrel reakcióba lépve az oxidációs reakciótermék tömegét fokozatosan növeli. Az előminta belsejében az oxidációs reakciótermék kifejlődésével létrejön az előminta anyagát befogadó mintaedény, amely ennek megfelelően az előminta anyagának legalább egy részét, és különösen annak a belső üreget meghatározó részét magába fogadja. Az így kapott mintaedény belső terébe a második töltőanyag kerül. Ezt olvasztott alumíniummal és/vagy magnéziummal hozzuk kapcsolatba, amely a mintaedény belső terének hermetikus lezárása után képes a második töltőanyag részecskéi közötti teret kitölteni, a részecskéket magába építeni. A spontán infiltrációs folyamat befejezése után a hőmérsékletet lecsökkentjük és a kívánt alakú terméket kinyerjük.

Célszerűen a mintaedény hermetikus lezárását a nyílását fedő olvasztott alumíniummal és/vagy magnéziummal biztosítjuk. Ezzel nemcsak a belső üreg, hanem a mintaedény felületét elérő nyílások is lezárhatók.

A mintaedényt az összetett szerkezetű test létrehozása után adott esetben el lehet távolítani. Célszerű lehet azonban az a foganatosítási mód is, amikor a szerkezeti fém hűtése során annak legalább egy részét a mintaedénnyel kapcsolatban tartjuk. Ilyenkor a mintaedény a kapott termék integrális része lesz, laminált jellegű szerkezet keletkezik.

·· ·· 4 · ·«·· ·· • · · «·· · · • ··« 4 ··« ··· « « · · « * ···· »« ··«· ··· · ·

- 11 A mintaedény belső üregét a kívánt geometriai alakra például hő hatására eltávolítható anyaggal hozzuk. Ilyenkor a második töltőanyagból a belső üreg alakjával konform külső felülettel meghatározott test készíthető. A fémes mátrix felülete ebben az esetben az üreg geometriáját inverz módon reprodukálja. így tehát alakos termékek is készíthetők a találmány szerinti eljárással.

A javasolt eljárás további ismertetése során alkalmazott fogalmak értelmezése a következő:

A szerkezeti fémként használt alumínium és magnézium olyan fémes anyagot jelez, amely lehet tiszta, tehát az adott tisztasági fokozathoz tartozó szennyezéseket tartalmazó fém, vagyis ötvözet len alumínium vagy magnézium, de ugyancsak lehet olyan ötvözet, amely a szokásos szennyezőkön kívül vasat, szilíciumot, rezet, mangánt, krómot, cinket tartalmaz. Az alumíniumötvözet fogalmába a magnéziummal létrehozott ötvözetek is beleértendők és fordítva. Ezeknél az ötvözeteknél az alumínium vagy a magnézium a legnagyobb részarányt képviselő fém.

A fém alapanyag fogalma olyan fémet, általában alumíniumot, szilíciumot, titánt, ónt vagy cirkóniumot jelöl, amelyből polikristályos oxidációs reakciótermékként a mintaedényt létrehozzuk. Ebben az esetben is a fém lehet tiszta fémes anyag vagy olyan kereskedelemben beszerezhető fémes készítmény, amely több vagy kevesebb ötvöző összetevőt tartalmaz. Nyilvánvalóan a szennyezések ezeknél a fémeknél is az adott tisztasági fokozatnak megfelelő mennyiségben jelen vannak. A fém alapanyag esetében is az ötvözet olyan anyagot • · · • · ♦ « · · ····«· ·«·· ·« ······« ·«

- 12 jelöl, amelyben az adott fém a nagyobb mennyiséget képviseli.

A kerámia anyag vagy kerámia fogalma olyan anyagot jelöl, amely egyebek között felöleli a klasszikus értelemben vett kerámia szerkezetű, azaz amorf anyagokat. Ezekben lényegében kizárólag nemfémes és szervetlen anyagok vannak, de a találmány értelmében az ilyen anyagok egy vagy több fémet is tartalmazhatnak, amelynek jelenléte a fém alapanyag és az oxidációs reakció következménye. A fémes összetevő részaránya általában 1 ... 40 tf% a találmány szerinti eljárás foganatosítása során használt kerámia anyagoknál.

A töltőanyag fogalma olyan anyagot jelöl, amely általában kerámia szerkezetű összetevőkből áll. Különösen lényegesek az alumínium-trioxidból vagy szilícium-karbidból kialakított rövidebb vagy hosszabb szálak, szemcsék, lapocskák, golyók és hasonló összetevők, de ugyancsak ide kell sorolni a kerámia jellegű bevonattal ellátott anyagokat, például az alumínium-trioxiddal vagy szilícium-karbiddal bevont karbonszálakat, amelyeknél a bevonat a fémes olvadék károsító hatása ellen nyújt védelmet.

A továbbiakban első töltőanyagként olyan anyagot értünk, amely alkalmas polikristályos oxidációs reakció során kialakuló anyagba való beépülésre, amikoris fém alapanyag irányított oxidációját hajtjuk végre.

Az második töltőanyagként említett anyag olyan komponenst jelöl, amelyet megolvadt alumínium vagy magnézium az adott feltételek között képes átjárni és amely hatékonyan tud beépülni a fém megszilárdításával keletkező összetett szerkezetű mátrixba.

• ···

- 13 A lényegében tömör kifejezés olyan szerkezetű részelemet jelöl, amely a mintaedényben vagy más alkotóelemben található, és amely lényegében levegővel szemben záró hatású, azaz a levegőt gyakorlatilag nem engedi át.

A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti foganatosítási módok kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük « · · · • · · · · · ···· ·· ···· ··· ·« részletesen, ahol az

1. ábra lényegében tömör fallal kialakított mintaedény és megolvasztott alumíniumot tartalmazó együttes vázlatos keresztmetszete, ahol a második töltőanyag a megolvadt fémes alumíniummal való át járatás közbenső szakaszában van, a

2. ábra az 1. ábrán bemutatott együttes kerámia abronccsal vagy szubsztrátummal összefogott kiviteli alakjának keresztmetszete, a

3- ábra az 1. ábra szerinti együttes második töltőanyaggal ellátott kiviteli alakjának keresztmetszete, a

4. ábra a találmány szerinti eljárás bemerítéses foganatosításához szükséges elrendezés egy lehetséges kiviteli alakja keresztmetszetben, amikoris olvasztott alumínium zárja el a levegőt a második töltőanyagtól, az

5- ábra fém alapanyagot és előmintát tartalmazó együttes vázlatos keresztmetszete a találmány szerinti eljárás foganatosításához szükséges mintaedény előállítása során, az

5A.ábra az 5. ábra szerinti együttes egy részletének kinagyítása, a

6. ábra hő hatására eltávozó anyagból készült mintatestet és első töltőanyag masszáját tartalmazó együttes keresztmetszeti nézete a találmány szerinti eljárás foganatosításához szükséges mintaedény előállítása során, a

7. ábra a 6. ábra szerinti együttes megolvasztott fém alapanyag beöntése során, a

8. ábra a 6. és 7. ábrán bemutatott együttes alkalmazásá- val előállított mintaedény keresztmetszete, a

9- ábra fém alapanyagot és első töltőanyagból készült előmintát tartalmazó együttes elrendezése tűzálló anyagú edényben, keresztmetszeti nézetben, a találmány szerinti eljárás foganatosításához szükséges mintaedény előállítása során, míg a

10. ábra a találmány szerinti eljárással (10. példa) készült alakos tengely oldalnézete fényképen.

A találmány szerinti eljárás foganatosítását előnyösen úgy biztosítjuk, hogy megolvadt alumíniumot vagy magnéziumot második töltőanyagból, például kerámia szemcsékből, szálakból vagy lemezkékből álló permeábilis szerkezetű massza felületével hozunk érintkezésbe, illetve erre a felületre juttatjuk. A második töltőanyag és a megolvadt alumínium vagy magnézium, mint szerkezeti fém közötti kapcsolatot olyan hermetikusan lezárt környezetben biztosítjuk, amelyben levegő zárvány formájában ugyan jelen lehet, de a második töltőanyagot befogadó teret határoló fal tömör szerkezete miatt a levegő utánpótlása nincs biztosítva. Ha levegőt használunk a második töltőanyag • · · · • · « « * · ·· • ··· * ··· ·♦· • · · · · · ·*«« ·♦ ·«·<· ·«· ··

- 15 elhelyezésének környezeteként, nyilvánvaló, hogy összetevői a megolvadt alumíniummal és/vagy magnéziummal reakcióba tudnak lépni. Az is nyilvánvaló azonban, hogy az érintkeztetést más összetételű atmoszférában szintén végre lehet hajtani, de ekkor olyan atmoszférát kell választani, amelynek gázai a szerkezeti fémmel képesek reakcióba lépni. Ilyen feltételek mellett a megolvadt alumínium vagy magnézium spontán módon és fokozatosan behatol a második töltőanyag masszájába, az őt körülvevő tér alakját veszi fel és így olyan összetett szerkezetű fémes mátrixú kerámia test alakul ki, amelyben a fémes mátrix a kerámia töltőanyagot beágyazva tartalmazza.

A második töltőanyagot megfelelő mintaedényben elhelyezve annak belső terét leképezhetjük az előállított fémes mátrixú test külső felületével. A tapasztalat szerint a javasolt eljárással a második töltőanyagot 10 ... 65 tf%, előnyösen 45 ... 65 tf% arányban tartalmazó összetett szerkezetű test készíthető.

Az eljárás foganatosítása során fenntartott feltételek között nyilvánvaló, hogy a második töltőanyagnak mintaedénybe való betöltésekor mindenképpen levegő marad vissza, amely a töltőanyag részecskéi között bezárva, zárványként van jelen. A töltőanyag tömegét azonban a szerkezeti fémmel szemben át járhatónak kell kiképezni. Ezért a levegő teljes mértékű eltávolítása nem tűnik megvalósíthatónak. Ha viszont a második töltőanyag térfogatán belül a levegőnek nincs utánpótlása, a második töltőanyagot az alumínium vagy a magnézium még akkor is spontán módon magába tudja ágyazni, ha a kerámia anyagot a szerkezeti fém nem képes nedvesíteni. A tapasztalat ·· «

·· ♦

· · • · *·* ·

szerint a spontán infiltrációs folyamat eredményeként még kisebb, tehát az olvadáspontot csak kis mértékben meghaladó hőmérsékleteken is az alumínium, valamint a magnézium a második töltőanyagot jól befogadó mátrixot képez. Ennek megfelelően nincs szükség nagyon magas hőmérsékletek, vákuum, mechanikai nyomás, különleges gázatmoszférák, nedvesítőszerek vagy hasonlók bevetésére ahhoz, hogy a szerkezeti fém jól átjárja a második töltőanyagot. A folyamat során a külső levegő hozzáférése a hermetikus lezárás miatt lehetetlen, mivel a mintaedény a levegő számára áthatolhatatlan szerkezetű, nyílásait hermetikusan lezárjuk. Ezt a hermetikus lezárást úgy is biztosítani lehet, hogy a második töltőanyagot tartalmazó testet alumíniumba vagy magnéziumba merítjük, amivel a második töltőanyag és a levegő közötti kontaktus lehetőségét kizárjuk.

A spontán infiltrációs folyamat mértéke és a fémes mátrix létrejötte mindenek előtt a javasolt eljárás feltételeivel szabályozható. Különösen fontosnak tűnik itt az alumínium és/vagy magnézium összetétele, esetleges ötvözött volta, a célszerűen választott de nem szükségszerűen alkalmazott nedvesítőszerek jelenléte, a második töltőanyag szemcsézettsége, szemcséinek alakja és felületi típusa, az infiltrációs folyamat időtartama és a szerkezeti fém hőmérséklete. Az utóbbi széles értékhatárok között választható meg, mindenek előtt az alkalmazott szerkezeti fém összetételétől és típusától valamint a második töltőanyag jellegétől függően. Általában megállapítható, hogy ha a szerkezeti fém alumínium, a spontán és jó ütemben megvalósuló infiltráció legalább 700 °C hőmérsékletet igényel, az adott feltételektől függően a 800 ... 1000 °C • · · · • ··· · Λ·· ··« • * · « · · ···« ·· ·«·« ··· ·»

- 17 hőmérséklettartomány tűnik előnyösnek. A tapasztalat azt mutatja, hogy az 1000 °C-t meghaladó hőmérsékletek feleslegesek, többlethatással nem járnak. A legelőnyösebbnek a 850 ... .·. 950 °C hőmérséklettartomány bizonyult.

A találmány szerinti eljárás foganatosításakor, mint említettük, nincs szükség külső mechanikai nyomás alkalmazására, a szerkezeti fém enélkül is jó ütemben, spontán módon hatol be a második töltőanyaggal kitöltött térbe. Az eljárás segítségével lényegében homogén szerkezetű, alumínium vagy magnézium alapú összetett testek készíthetők, amelyek fémes mátrixának jelentős térfogati részét a kerámia alapú második töltőanyag foglalja el és amelyek porozitása általában igen kicsi. A második töltőanyag térfogati részarányát számos tényező változtatásával lehet befolyásolni. A növelést a kis porozitású, vagyis a kis szabad belső térfogató második töltőanyag teszi lehetővé. A második töltőanyag nagyobb térfogati részarányát egyébként más hagyományos módszerekkel is lehet növelni, különösen összenyomásos technikákkal, ha ezek révén a második töltőanyagból nem alakul ki zárt belső porozitással rendelkező tömör massza, amelynek belső szerkezetébe a megolvadt alumínium vagy magnézium nem képes spontán módon behatolni.

A találmány szerinti eljárás mechanizmusát megvizsgálva úgy találtuk, hogy szerkezeti fémként alumíniumot vagy magnéziumot használva adott második töltőanyag esetében ez utóbbi nedvesítése (ezt a fémolvadék biztosítja), a zárt környezetben a fém és a levegőben levő oxigén valamint nitrogén között lezajló kémiai reakciók miatt létrejövő vákuum a két lég«·· • · ·· • · « · 4 · ···« ·« ···« ··% ·*

- 18 fontosabb meghatározó tényező. Ezek hatása kombinációban is jelentkezhet. Példaként vizsgáltuk azt a helyzetet, amikor a levegő utánpótlása biztosított volt, míg a hőmérsékletet viszonylag alacsony értéken tartottuk, vagyis 1000 °C alatti hőmérsékletet tartottunk fenn. Ilyen feltételek között a második töltőanyagba a szerkezeti fém elhanyagolható mértékben tudott behatolni, a nedvesítés! folyamat nem következett be. Ha viszont a második töltőanyagot tartalmazó mintaedényt hermetikusan le tudtuk zárni, vagyis abba a levegő nem tudott már behatolni, a spontán infiltrációs folyamat nagy hatékonysággal zajlott le 950 °C körüli hőmérsékleteken. Az ennél alacsonyabb hőmérsékletek szintén előnyösnek bizonyultak, így például számos esetben 900 °C körüli hőmérsékletek elegendően magasaknak bizonyultak ahhoz, hogy a spontán infiltráció elfogadható sebességgel zajóljón le, miközben a második töltőanyag szerkezeti degradációja, a mintaedény tűzálló anyagának lebomlása és hasonló előnytelen folyamat nem játszódik le.

A találmány szerinti eljárást a továbbiakban a rajzra hivatkozással mutatjuk be.

A javasolt eljárás foganatosítása céljából (1. ábra) 10 együttest alakítottunk ki, amelynek alsó részét 12 mintaedény alkotja. Egy konkrét megvalósításnál a 12 mintaedény lényegében hengeres keresztmetszetű, belül hüvelyszerű nyílása van, amelyet B középponti furat jelöl ki. A B középponti furat hossza mentén a hengeres térben a és b kamrák vannak, amelyek korongszerűen a B furattól kezdődő tereket határoznak meg. Ennek megfelelően a B középponti furat és az a valamint • ··· • · · ···· ··

• · • ••4 ··· b kamrák alakos tengelyt jelölnek ki. A B középponti furat alsó részét 14 padlózat zárja le, amelyet az 1. ábrán szaggatott vonallal határoltan jelölünk. A 12 mintaedény lényegében tömör, azaz levegőt nem áteresztő fallal van kiképezve, ahol a falat az 1. ábra részbeni keresztmetszetben mutatja, számozás nélkül. A 12 mintaedény előállítása oxidációs reakcióval történik, amint erről a későbbiekben még szó lesz. A falat polikristályos szerkezetű kerámia jellegű oxidációs reakciótermék alkotja, amely alkalmas első töltőanyagra épül. Ez a töltőanyag például alumínium-trioxid, szilícium-karbid vagy más kerámia anyag, amelyet kis méretű elemekből, például szemcsékből, gömbökből, rövid szálakból, golyókból, pelletekből, stb. alakítunk ki.

A B középponti furatot, valamint a a és b kamrák megnövelt átmérővel kialakított térfogatát 22 második töltőanyaggal töltjük ki, amely az első töltőanyaghoz hasonlóan tetszőleges alakú lehet, például szemcsézett, gömböcskékből, golyókból, szálakból, aprított szálszerű elemekből, pelletekből, stb. áll. A 12 mintaedény B középponti furatába a 22 második töltőanyagot egyszerű módon lehet beönteni, nincs szükség különleges gázatmoszféra fenntartására. Ez annyit jelent, hogy a 12 mintaedény belső terét a levegőn töltjük fel, a B középponti furatot kitöltő 22 második töltőanyag tartalmazhat korlátos mennyiségű levegőt zárványok vagy hasonló képződmények formájában.

A 12 mintaedény felső nyílását tűzálló anyagból készült 16 tartállyal fedjük le, amelynek alsó részében 18 kör alakú nyílás van. Ez utóbbi az 1. ábra szerinti elrendezésben azonos ·· • ··· • · · ···· ·· ·· «··· • ♦ · • ··· • · ···· ···

keresztmetszetű a 12 mintaedény B középponti furatának felső részével, de ez nem szükségszerű. A 16 tartály és a 12 mintaedény kapcsolódási felületénél 24 tömítőgyűrű van elrendezve, amelynek segítségével a két elem között lényegében hermetikus zárás biztosítható. A 16 tartály elrendezése után olvasztott szerkezeti fémet fogad be. A szerkezeti fém, például alumínium beönthető a 16 tartály belső terébe, de ugyanide szilárd alumínium darab is behelyezhető, amelyet hőközléssel olvasztunk meg. A hőközléssel a 12 mintaedény is a fém alapanyag 20 olvadékának hőmérsékletét veszi fel. A továbbiakban a 20 olvadékra feltételezzük, hogy az alapvetően alumíniumból áll, de az előzőekből nyilvánvaló, hogy a találmány magnézium alkalmazására szintén vonatkozik. A szerkezeti fém 20 olvadéka ennek megfelelően képes a 12 mintaedény egyetlen nyílásának lezárására, és így ez utóbbi tömör szerkezetével együtt biztosítja azt, hogy a 22 második töltőanyagba a környezetből levegő ne jusson, sem a B középponti furat oldalfelületein, sem pedig felső nyílásán át. Ilyen feltételek között a találmány értelmében javasolt eljárás foganatosításával a megolvadt alumínium a 22 második töltőanyag szerkezetét átjárja, abban lassan felülről lefelé hatol. A 10 együttest az 1. ábrán bemutatott elrendezésben normál légköri feltételek között is lehet tartani, nincs szükség külön vákuum vagy hermetikusan lezárt speciális atmoszférájű tér fenntartására a spontán infiltráció biztosításához.

Az 1. ábra a spontán infiltrációs folyamat egy közbenső állomásában mutatja a 10 együttest. A 20 olvadék a 22 második töltőanyagot az a és a b kamra között kb. félútig járta át.

• · • «

- 21 A hőmérsékletet elegendően magas értéken tartva, például

900 °C hőmérsékletet biztosítva a 20 olvadék spontán módon a 22 második töltőanyagot egészen a 12 mintaedény 14 padlózatáig átitatja, átjárja. Ez a spontán infiltrációs folyamat mindenféle nedvesítőszer nélkül folytatható le, bár nedvesítőszer alkalmazása adott esetben célszerű lehet. Ugyancsak szükségtelen külső nyomással kényszeríteni a 20 olvadékot a 22 második töltőanyagba való behatolásra, vagy ugyanerre a célra vákuum alkalmazása. A tapasztalat a jelentős mértékben megemelt, tehát alumínium esetében 1000 °C-t túllépő hőmérsékletek alkalmazását se indokolja, ahogy nincs szükség a 22 második töltőanyag szerkezetének semleges vagy más különleges összetételű gázkeverékkel való átöblítésére. A találmány szerint javasolt eljárás abból a szempontból különösen előnyös, hogy a teljes technológiai műveletsor, tehát a 12 mintaedénynek a továbbiakban leírt előállítása, a 12 mintaedény belső terének feltöltése a 22 második töltőanyaggal, valamint a felfűtési, hevítési folyamat levegőben hajtható végre, nincs szükség a különleges összetételű gázatmoszférák megvalósításával és fenntartásával kapcsolatos bonyolult, adott esetben igen költséges műveletsorra, az ezzel járó kényelmetlenségek elkerülhetők .

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során lezajló folyamatokat elemezve úgy tűnik - ez nem jelent valamiféle végleges elméleti magyarázatot -, hogy a 22 második töltőanyag szerkezetének spontán infiltrációját az a tény segíti alapvetően elő, hogy a 22 második töltőanyag részelemei között, a csatlakozási terekben bezárt levegőt a folyékony • ·

- 22 szerkezeti fém fokozatosan elfogyasztja és a kémiailag megkötött gáz alakú összetevők helyére a környezetből nem tud levegő beáramlani, mivel ezt a 12 mintaedény lényegében tömör fala megakadályozza. Az ellenőrző vizsgálatok szerint az elfogyasztott levegő pótlása, amit például a 12 mintaedény falának tömítetlensége, esetleges átmenő porozitása vagy a benne keletkező nyílások, illetve törésvonalak okoznának, oda vezet, hogy a spontán infiltrációs folyamat nem vagy csak nagyon lassan zajlik le. A továbbiakban ismertetett konkrét foganatosítási példák szintén erre utalnak.

A 22 második töltőanyag infiltrációjának befejezését követően a 10 együttes hőmérsékletét lecsökkentjük, például a 10 együttest kivesszük a kemencéből, a kemence fűtését megszüntetjük. Ennek révén a 20 olvadék anyaga megszilárdul, a 12 mintaedény belső terében szilárd szerkezet jön létre. Az így kapott 26 fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia test a 2. ábrán látható. Ez 12' mintaedényből és 28 összetett testből áll. A 12' mintaedényt a 16 tartálytól elválasztjuk. A 26 fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia test a 12' mintaedény egészét vagy egy részét fogadja be, amely ennek megfelelő részben vagy teljes egészében körbeveszi a 28 összetett testet.

A szerkezeti fém olvadékának infiltrációs és megszilárdulási folyamatát úgy is végrehajthatjuk, hogy ezzel a magrésznek tekintett 28 összetett test és a 12' mintaedény között kapcsolatot hozunk létre. Ennek egyik lehetősége az, hogy a 12 mintaedény fala és a 20 olvadék között nedvesítési feltételeket teremtünk, például a 20 olvadékot közvetlenül érint ··· ··· ·· • ··· · ··· ♦·· • · · · · · ···· ·· «··· ··· ··

- 23 keztetve a 12 mintaedény belső falával, például a hűtés ütemének szabályozása révén, amikoris a 12 mintaedényt és a 26 fémes mátrixű összetett szerkezetű kerámia testet különböző hőtágulási tényezővel jellemezzük. Ugyancsak erre a célra szolgál az az intézkedés, hogy a 16 tartályban fémfelesleget helyezünk el, amivel a hűtési folyamat során biztosítjuk, hogy a 20 olvadék behatolhasson a 28 összetett test és a 12' mintaedény között keletkező résbe. Általában a fémes mátrixű összetett test hőtágulási tényezője nagyobb, mint a kerámia anyagú 12 mintaedényé és ha ez a különbség nagy, illetve a nedvesítő hatás korlátos, a kötésszilárdság kicsi ahhoz, hogy a 10 együttes a hőtágulás miatti térfogatváltozásokkal járó káros hatásoknak ne essen áldozatul. Ez annyit jelent, hogy a hűtési folyamatban a 28 fémes mátrixű összetett szerkezetű kerámia test összehúzódik, ha a 12' mintaedény belső falától elválik. A 22 második töltőanyag megválasztásával a 28 fémes mátrixű összetett szerkezetű krámia test hőtágulási folyamatára jellemző állandó értéke csökkenthető és így a hűtési folyamatban a két részelem elválásának veszélye kiküszöbölhető. A 22 második töltőanyagnak a hőtágulást csökkentő szerepe mindenek előtt az anyag minőségétől, geometriájától és szemcsézettségétől függ. A legjobb kötést akkor lehet nyilvánvalóan elérni, ha a 28 fémes mátrixű összetett szerkezetű kerámia test és a 12' mintaedény termikus hőtágulási tényezői egymástól nem vagy csak nagyon kis mértékben térnek el. Célszerű a fémes mátrixot valamivel a 12' mintaedényt meghaladó hőtágulási tényezővel létrehozni, ami bizonyos összenyomódást eredményez. Ha a 12 mintaedény belső terét 24 mesh szemesézettségű szilícium• ·

- 24 • ··· · ··· • · · · ···· ·· «··· ··

-karbid elemekkel 47 tf% arányban töltjük fel, szerkezeti fémként alumíniumot használunk, a tiszta alumíniumra jellem ző 25 x 10 6 m/m/°C hőtágulási tényezőt sikerül 12 x 10~θ ... ... 16 x 10 m/m/°C értékre lecsökkenteni. A szilícium-karbid alakjától függően ez a csökkenés más és más kitöltési tényező mellett biztosítható. Ennek megfelelően egy vagy több feltétel megfelelő megválasztásával olyan 26 összetett test hozható létre (2. ábra), amely integrális egységben tartalmazza a 12' mintaedényt és a 28 fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia testet. A 26 összetett testben a két összetevő kapcsolódása ezért adott esetben igen szoros lehet, az anyagok egymásba átmennek.

A 10 együttesben felhasznált szerkezeti fém lehűtése és megszilárdulása után a 12' mintaedényt szükség szerint alkalmas módon el lehet választani a 28 fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia testtől. így ez utóbbi önálló elemet képez. Ha erre van igény, a 12' mintaedényt a lehető legkisebb, de még a légmentes zárást biztosító vastagsággal hozzuk létre, figyelembe véve azt a tényt, hogy szerkezeti egységét a 22 második töltőanyagnak a szerkezeti fémmel való átjáratása során meg kell őriznie. Ebben az esetben a folyamatot olyan feltételek között valósítjuk meg, amikor a 28 fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia test és a 12' mintaedény között a kapcsolat minimális lesz. Ha erre szükség van, a 12' mintaedény körül a 22 második töltőanyag betöltése és a 20 olvadékkal való átjáratása közben alkalmas támasztó, szilárdító elemek szintén elhelyezhetők (ilyen elemeket az

1. vagy 2. ábra nem mutat).

··· «·« · · • ·«· « · · · · · · « · · · · · ···· ·· ······· ·♦

Az 1. ábrán látható 10 együttes létrehozható úgy is, hogy a 16 tartály integrális egységet képez a 12 mintaedénnyel. Ilyenkor a 16 tartály szintén polikristályos oxidációs reakciótermék, mint erről a későbbiekben még szó lesz. Ebben az esetben a 20 olvadék megszilárdítása után a 16 tartályt, mint a 12 mintaedény egy részét a 10 együttesről levágjuk.

A 3- ábra mutat egy lehetőséget a mintaecLény és a tartály integrális kiképezésére. Ennél az elrendezésnél 30 üreges testet képezünk ki, amelynek falát lényegében tömör, levegőt nem áteresztő anyagból készítjük. Ez is polikristályos oxidációs reakciótermék, amelynek felületét az oxidációs reakció során vagy azt követő felületi kezeléssel tömörré tesszük. A 30 üreges test korongszerű alakú, legnagyobb keresztmetszeti területű részénél 30a külső kör alakú perem veszi körül és alsó részében 30c kitüremlés van. Ez utóbbival szemben 30b bevezetőcső van elrendezve, amelynek felső része 30cL kihajló falú beömlésként van kiképezve. Ez utóbbi tölcsérszerű alakú, ebbe 20' olvadék kerül, például alumínium, amely a 30 üreges testben elhelyezett 22' második töltőanyaggal érintkezik a 30b bevezetőcsövön belül. A 30d kihajló falú beömlés ennek az elrendezésnek az egyetlen nyílását határozza meg és így a környező gázatmoszférától, illetve levegőtől a 20' olvadék létrehozásával a 30 üreges test belső tere hermetikusan elzárható. Ennek eredményeként a 22' második töltőanyag hermetikusan lezárt belső térben helyezkedik el.

A 22' második töltőanyag spontán infiltrációját ugyanolyan módon hajtjuk végre, mint ahogy azt az 1. ábra kapcsán ismertettük. A 20' olvadék ebben az esetben a 30b bevezetőcső

- 26 feletti szinttel van kialakítva, és a szint tartásával elegendő olvasztott szerkezeti fémet, adott esetben alumíniumot biztosítunk a 22' második töltőanyag átjáratásához. A 20' olvadék a 30d kihajló falú beömlés térfogatában helyezkedik el és mivel ez az egyetlen bejárata a 3· ábrán látható együttesnek, így a 30 üreges test falainak légzáró jellege esetén a hermetikus lezárás biztosított, tehát a környezetből levegő a 30 üreges test belsejébe nem juthat. Ha a 20' olvadék anyagának hűtési feltételeit megfelelően választjuk, a 30 üreges testtel egyetlen egységet képező összetett szerkezetű kerámia test nyerhető a 22' második töltőanyag átjáratásával. Adott feltételek esetén a hűtés úgy is megvalósítható, hogy a 30 üreges test és a 20' olvadékkal átjárt 22' második töltőanyag egymástól elválik, ilyenkor a 30 üreges test például összetöréssel eltávolítható, alóla olyan összetett szerkezetű kerámia test nyerhető, amelynek külső felülete a 30 üreges test belső felületét követi. A megszilárdult együttest C-C vonal mentén levágva olyan struktúrát nyerünk, amely a 30b bevezetőcsővel végződik. A 30b bevezetőcső belső terében a megszilárdult szerkezeti fém bennhagyható, de adott esetben ismert módon eltávolítható, más fémmel helyettesíthető, vagyis az alumíniumot kiöntve helyébe más fém olvadékát juttatjuk.

Egy másik lehetőség szerint a 30b bevezetőcsövet is már a folyamat kezdetén a 22' második töltőanyaggal részben vagy teljesen kitöltjük, vagyis az összetett szerkezetű fémes mátrixú kerámia testet már eleve a 30b bevezetőcsőbe benyúlóan hozzuk létre. Ez utóbbi esetben célszerű az 1. ábrán bemutatott 16 tartályhoz hasonló nagyobb térfogató elemet csatlakoz• ··· · · ·· • · · · ···· ·· · · · · ·*·

- 27 tatni a 30b bevezetőcsőhöz, amely a 20' olvadék, adott esetben olvasztott alumínium mennyiségét szükség szerint pótolni tudja.

A 4. ábra a találmány szerinti eljárás egy további foganatosítási módjára utal. Ennél a megoldásnál 32 tűzálló anyagú edényben 20 olvadékot hozunk létre alumíniumból, amelybe 34 perforált tartályt merítünk. Ez utóbbi tűzálló anyagból készül, külső felületét a 32 tűzálló anyagú edény belső falától térközzel elválásztottan rendezzük el és így a 34 perforált tartályt tartalmával együtt teljes mértékben a 20 olvadékba merítjük, amivel a környező atmoszférától azt hermetikusan elzárjuk. A 34 perforált tartály falában 36 perforáció van kiképezve, 40 megfogáshoz kapcsolódó 38 tartókötéllel vagy rúddal biztosítjuk bemerített helyzetét. A második töltőanyagot ebben az esetben olyan mintaedénybe öntjük, amely egy vagy több nyílással van ellátva. A mintaedény a 34 perforált tartályon belül helyezkedik el és a

4. ábrán sem a mintaedény, sem pedig a második töltőanyag nem látszik. A 36 perforáció miatt a 20 olvadék alumínium anyaga behatol a 34 perforált tartályba, ott kapcsolatba kerül a második töltőanyaggal és annak szerkezetét átjárja. A 34 perforált tartályt, a 38 tartókötelet és a 40 megfogást olyan anyagból hozzuk létre, amely képes hosszabb ideig ellenállni a 20 olvadék károsító hatásának. Ha kívánatos, a 34 perforált tartályra nem feltétlenül van szükség, ilyenkor a felülről nyílással ellátott és a második töltőanyagot hordozó mintaedényt az olvasztott fémbe merítjük. Az olvasztott fémmel történő átjáratás után a mintaedényt kiemeljük és * · • · · · · 4 · belőle a fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia testet szükség szerint kinyerjük.

A találmány szerinti eljárás foganatosításában szükség van a tömör falú mintaedény előállítására. Ezt célszerűen az 5·, 5A., 6., 7., 8. és 9- ábrán bemutatott elrendezésekben végezzük. A következőkben ismertetett módszer a legelőnyösebbnek tűnő előállítást jelenti, de ezen kívül más eljárások is elképzelhetők. A javasolt eljárással általában a töréssel eltávolítható mintaedény készíthető el, de ugyanez az eljárás alkalmas a fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia testtel egy egységet képező mintaedény elkészítésére.

Első lépésként 52 első töltőanyagból és megfelelő egyéb elemekből 42 együttest készítünk. Az 52 első töltőanyag Összetételében és szerkezetében azonos lehet a 22, 22' második töltőanyaggal, de adott esetben attól eltérő anyagokat is választhatunk. Mind az 52 első, mind pedig a 22, 22' második töltőanyag lényegében a szerkezeti fémmel, illetve a mintaedény előállításához alkalmazott fém alapanyaggal reakcióba nem lép és különösen nem lép nagyobb mértékű reakcióba alumíniummal és/vagy magnéziummal.

A 42 együttes 44 gátló anyagú tartályban van kialakítva, amely adott esetben hengeres kialakítású, belső felületét 46 ernyő határozza meg (5A. ábra). A 46 ernyő 48 lyukasztott henger belső felületénél van elrendezve, anyagát ez utóbbi merev tagként fogja össze. A 46 ernyő lehet például perforált fémlemez, adott esetben lyukasztással gyengített rozsdamentes acéllemez. A 48 lyukasztott henger felületén 50 lyukasztás van kiképezve, de az utóbbit alkotó lyukak száma akkora,

- 29 • · • ·· * η·· hogy a 48 lyukasztott henger alakját a megmunkálás során megőrzi. A 48 lyukasztott henger belső terében van az 52 első töltőanyag, amely például olvasztható összetevőket tartalmazhat. Az 52 első töltőanyag általában szemcsés, szálas vagy hasonló jellegű összetevőkből épül fel, kialakítható olyan külső formában, amely konform 66 fém alapanyagból álló test felületével. A 66 fém alapanyagból álló test az 52 első töltőanyagból állő rétegbe van beágyazva. Az 52 első töltőanyag külső felületét a 46 ernyő határozza meg. Az 52 első töltőanyag így tehát olyan permeábilis szerkezetű előmintát határoz meg, amelynek belsejében a 66 fém alapanyagból álló testtel kijelölt konfigurációjú belső üreg van. A mintaedény előállítása során a belső üreget kezdetben a fém alapanyagból álló test tölti ki. Egy másik lehetőség szerint az 52 első töltőanyagot koherens masszává formázzuk, például szedimentációs öntéssel vagy más ismert módon, amihez részecskéket, szálakat, porszerű összetevőket használunk. Az összetevőket alkalmas kötőanyaggal is kiegészíthetjük, hogy a nyers előminta alakszilárdságát, alaktartását biztosítsuk. Ez utóbbi esetben a fém alapanyag nem szilárd halmazállapotban, hanem olvadékként kerül az 52 első töltőanyagban kiképzett belső üregbe.

A 46 ernyőnek a rajzon számmal külön nem jelölt nyílásai közül igen sok egybeesik a 48 lyukasztott henger nyílásaival és így a 44 gátló anyagú tartály utat enged a környező levegőnek, az a 44 gátló anyagú tartály belsejébe be tud jutni. A 48 lyukasztott henger kerülete mentén különböző távolságokon rozsdamentes acélból készült 54 szorító abroncsok rendezhetők el, amelyek helyzetét 56 összefogó gyűrűk biztosítják. Ez • · ···«

- 30 utóbbiak a 42 együttes szerkezeti összetartására is szolgálnak. Az 56 összefogó gyűrűk közül a legalsót az 5- ábra részbeni kitöréssel mutatja, míg a többiek mind az 5, mind az 5A.

ábrán keresztmetszetben láthatók. A 44 gátló anyagú tartály alsó részét 58 alaplap zárja le. A 44 gátló anyagú tartály felső részén az 52 első töltőanyagtól 64 zárólemezzel elválasztottan semleges anyagból álló 62 ágyazat helyezkedik el, amelyben 60 utánpótló fémtest van elrendezve. Ez utóbbi a fém alapanyagból van kiképezve. A 62 ágyazat például kisszemcsés alumínium-trioxid, amikor a fém alapanyag alumínium, mivel ez alkalmas lehet a polikristályos oxidációs reakció megakadályozására a 60 utánpótló fémtest környezetében.

A 64 zárólemez középső tartományában az 5· ábrán számmal nem jelölt nyílás van, amelyen keresztül a 66 fém alapanyagból álló test felső része áttolható. A 66 fém alapanyagból álló test az 52 első töltőanyagba van ágyazva, ez az 5· és 5A. ábrán bemutatott elrendezésben megnyúlt hengeres, csőszerű test, amelyben 66a és 66b korongszerű kiemelkedés van kiképezve. A 66a és 66b korongszerű kiemelkedések egymástól térben el vannak választva. A 66 fém alapanyagból álló test így az 52 első töltőanyagba ágyazott, azzal felületi érintkezésben maradó fémtest. Az oxidációs reakció elősegítésére a 66 fém alapanyagból álló testet eleve készíthetjük egy vagy több dópoló anyagot tartalmazó fémből vagy ötvözetből, ugyanilyen anyagból állhat a 60 utánpótló fémtest is, de szükség szerint dópoló anyagok vihetők fel a 66 fém alapanyagból álló test felületére, keverhetők az 52 első töltőanyag masszájába, építhetők be az 52 első töltőanyagba, különösen a 66 fém alapanyagból álló test környezetében.

• * « * ♦ * .

·«·« ·· ··«· ··· ··

- 31 A mintaedény előállítása céljából a 42 együttest oxidálószer, különösen levegő jelenlétében felhevítjük. A hevítés során a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az adott oxidálószer jelenlétében keletkező oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletet érünk el, amelyet aztán addig tartunk, amíg szükség van a 42 együttes és az oxidálószer kapcsolatának biztosítására. Az oxidáló környezet eredményeként a 66 fém alapanyagból álló test, mint olvadéktest és az 52 első töltőanyag határfelületén oxidációs reakciótermék keletkezik. Az oxidálószer lehet szilárd, gáz vagy folyékony halmazállapotú, de adott esetben ezek kombinációja is elképzelhető. Az első töltőanyagba szilárd oxidálószert is be lehet keverni, például szilicium-dioxidot az alumínium-trioxid töltőanyagba. Ha a környezetet levegő alkotja, a fém alapanyag olvasztott állapotában mind a levegővel, mind pedig a szilárd oxidálószerrel érintkezik. A 66 fém alapanyagból álló testből elfogyó fémet a 60 utánpótló fémtest egészíti ki, míg a megolvadt fém kapcsolatban marad a rajta növekvő oxidációs reákciótermékkel. A gáz halmazállapotú oxidálószer, például oxigén az 50 lyukasztáson át hatol be a 48 lyukasztott hengerbe, majd onnan a 46 ernyőn át kerül az 52 első töltőanyagból álló ágyazatba. Ebben az ágyazatban az oxidálószer kapcsolatba kerül a fém alapanyaggal és növeli az oxidációs reakciótermék mennyiségét. Ha az elrendezést zárt kemencébe helyezzük, az oxidálószer elfogyó mennyiségét a levegő befújásával pótoljuk, vagyis elegendő a kemence belső terében a szellőzés fenntartása. Az oxidációs reakció folytatódásának mértékében az oxidációs reakciótermék mennyisége az 52 első töltőanyag ágyazatában • ·

növekszik, mégpedig az oxidálószer és az előzőleg már létrejött oxidációs reakciótermék határfelületén, míg magát a reakciót addig folytatjuk, amig az 52 első töltőanyagnak legalább egy része az ismertetett módon az oxidációs reakciótermék részévé nem válik.

Az ismertetett módon zajló oxidációs reakciót az 52 első töltőanyag teljes szerkezeti átjárásáig folytathatjuk. Adott esetben mégis elegendő lehet az 5· ábrán 68 szaggatott vonallal jelölt határig, vagy legalábbis az ezzel a határral meghatározható térfogatig folytatni a reakciót. Ezt azzal indokolhatjuk, hogy a 68 szaggatott vonal már olyan vastagságú réteget jelöl, amely alkalmas a 66 fém alapanyagból álló test alakjának visszaadására. Ez a réteg egyúttal már biztosíthatja a találmány szerinti kerámia test előállításánál szükséges lényegében tömör falat. Ennek magyarázata az, hogy a 66 fém alapanyagból álló testből a fém alapanyag olvadéka fokozatosan átáramlik az 52 első töltőanyagba, miközben belőle oxidációs reakciótermék képződik, és így a reakció befejezésekor a 66 fém alapanyagból álló test helyén üreg marad vissza, amely az eredetileg kiképzett alakkal konform. A 68 szaggatott vonallal kijelölt alakzatnak megfelelő belső üreg létrehozására gátló anyagból álló réteg is használható, amely például alabástromgipszből, vagy kalcium-karbonátból, esetleg a 46 ernyő készítéséhez használt lemezszerű anyagból áll. A gátló elem feladata az oxidációs reakciótermék növekedési folyamatának leállítása, illetve jelentős mértékű lelassítása, aminek eredményeként vékony héjszerű szerkezet alakul ki és ez külső felületével a gátló elem belső felületét követi.

·· · · ·· ···· · · ··· ··· ·· • ··· * ··· ··· • · · · · · ···· ·· ······· ··

- 33 A mintaedény előállítása során a kerámia szerkezetű héj geometriai konfigurációja, alakjának szerkezete jól szabályozható és így olyan kerámia test készíthető, amely a továbbiakban a fémes mátrixra támaszkodó, a javasolt eljárással előállított kerámia test integrális alkotórészévé válik. Az 5- ábra szerinti elrendezésben az oxidációs reakciótermékként létrehozott kerámia anyag külső felületét a 46 ernyő belső felülete határozza meg.

Ha az 52 első töltőanyag felhasználásával készült kerámia héjszerkezet olyan mintaedény előállítására szolgál, amelyből a fémes mátrixú összetett szerkezető kerámia testet a héjszerkezet megsemmisítésével nyerjük ki, minimális vastagság is elegendő, mindössze a megfelelő szerkezeti szilárdságot, illetve a levegővel szembeni zárást kell biztosítani. Ebben az esetben az átjáratás után kapott fémes mátrixú összetett szerkezető kerámia testet először megszilárdítjuk, majd lehűtjük és ezt követően róla a mintaedényt eltávolítjuk, például összetörjük. Egy másik lehetőség szerint az olvadék megszilárdítása után, amikor az együttes még magas, de az alumínium olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten van, például hőmérséklete a 30C ... 500 °C tartományba esik, a mintaedénnyel övezett fémes mátrixú összetett szerkezető kerámia testet hűtőfolyadékba, például vízbe merítjük és az így keletkező hősokkot használjuk fel a vékony héjszerkezetű mintaedény összetörésének előidézésére, illetve megkönnyítésére. A mintaedény nyilvánvaló módon mechanikai eszközökkel is megsemmisíthető. Az így kapott fémes mátrixú összetett szerkezető kerámia test felülete inverz módon reprodukálja a mintaedény belső

• · · · · · • · · » » • · · · * · · · ···* ·· ····

- 34 felületét. Mint már az előbb is említettük, az ilyen kialakításnál célszerű lehet olyan eszközöket használni, amelyek révén a mintaedény vékony anyagának eltávolítása a fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia test felületéről könnyebbé válik.

Amikor a kerámia anyagú héj vagy test a végtermék strukturális összetevőjévé válik, anyagát a fémes mátrixű összetett szerkezetű kerámia testtel össze kell kapcsolni. Ilyenkor a kerámia komponenst olyan külső felülettel hozzuk létre, amely a végtermék kívánt alakjának felel meg. az 5· és 5A. ábrákon bemutatott kiviteli alaknál az oxidációs reakció folytatható addig, amíg az 52 első töltőanyag teljes tömegét a polikristályos oxidációs reakciótermék át nem járja. Ebben az esetben a 44 gátló anyagú tartály jelenti az oxidációs reakcióterrnék növekedési folyamatának végét, amikoris a folyamat sebessége nullára vagy nagyon kis értékre csökken le és ennek megfelelően kör keresztmetszetű hengeres testet kapunk végtermékként. Ha a 44 gátló anyagú tartályt ernyő vagy perforált anyag veszi körül, az oxidációs reakciótermékként kapott kerámia henger külső felülete durva lesz, illetve követi a lyukasztás alakját. Ebben a megoldásban lehetséges a hengeres test felületének megmunkálása például csiszolással vagy más ismert technológiával.

Egy másik lehetőségként a 44 gátló anyagú tartályt viszonylag sima felülettel alakítjuk ki, hogy így a fémes mátrixű összetett szerkezetű kerámia test felülete is sima legyen. Ebből a célból az 52 első töltőanyag határfelületére alabástromgipszből készült szuszpenziót viszünk fel, amelyet hagyunk megkeményedni. A szuszpenzióba célszerűen kálcium- 35 • · ·· · ··♦ • · · · ···· ·· · · · · ···

-karbonátot vagy kálcium-szilikátot is keverünk. Az alabástromgipszbó'l álló réteg megakadályozza az oxidációs reakciótermék egy adott határon túl történő növekedését és a folyamat befejeződése után a gátló elem funkcióját ellátó gipszréteget könnyen eltávolíthatjuk, akár lekaparással vagy homokfúvással, esetleg más módszerrel. így viszonylag sima felületű kerámia testet nyerhetünk. A kerámia héjszerkezet feladata a szerkezeti felhasználhatóság biztosítása és olyan jó kötés létrehozása, amelynek révén a fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia test integrális struktúrát képez.

Ha az oxidációs reakció folyamatában a 66 fém alapanyagból álló testből elfogyó fém alapanyagot a 60 utánpótló fémtestből egészítjük ki, a folyamat eredményeként kapott hüvelyszerű kerámia test belső felületét a fém alapanyagból álló mag tölti ki. Ezt a fém alapanyagot akár folyékony állapotban, például elszívással vagy kiöntéssel távolíthatjuk el a kerámia testből, akár megszilárdult állapotban más ismert módszerrel. Ha a fém alapanyagot hagyjuk megszilárdulni vagy a belső üregben fémmaradványok vannak, a fém egy jelentős részét csiszolással vagy savas kimaratással tudjuk eltávolítani, például fém alapanyagként alumíniumot használva az eltávolítás eszköze a sósav lehet. így a kerámia anyagú hüvely belsejében üres magrész marad, amely a 65 fém alapanyagból álló test külső felületét inverz módon reprodukálja. Az üreges részt ezt követően a mintaedény belső üregeként használhatjuk fel, amelybe a második töltőanyagot betöltjük és kapcsolatba hozzuk az alumínium vagy magnézium szerkezeti fémmel, aminek segítségével a 28 fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia testet ··· ·♦· ·· • ··· * ·· · · ♦· • · · · · · ···· · · ···· ··· ··

- 36 létrehozzuk.

A 6., 7. és 8. ábra lényegében tömör falú kerámia mintaedény elkészítését mutatja be, amikoris a belső üreg létrehozásához tágulásra képes, adott esetben fizikai eszközökkel eltávolítható testet használunk. A 6. ábra szerint 70 tűzálló anyagú tartóedénybe, például alumínium-trioxid csónakba 72 első töltőanyagból álló ágyazatot rétegezünk, amelybe 74 kiűzhető mintatestet ágyazunk, amelynek feladata a 72 első töltőanyagban olyan belső üreg meghatározása, amely a továbbiakban a kívánt kerámia test előállítására fog szolgálni. A belső üreg falának geometriája kongruens a 74 kiűzhető mintatest alakjával, vagyis az utóbbinak inverz reprodukálását jelenti. A 74 kiűzhető mintatestet a 70 tűzálló anyagú tartóedényből megemelt hőmérséklet vagy más fizikai behatás hatásával eltávolítható anyagból készítjük. Ilyen a polisztirolhab vagy ilyenek a gyanták, illetve viaszok. A 74 kiűzhető mintatestnek 76 középponti része van, amely adott esetben hengeres kialakítású, és ehhez 78 záró szakasz kapcsolódik, amely axiális irányban rövidebb, de átmérőjében nagyobb, mint a 76 középponti rész. A 70 tűzálló anyagú tartóedénybe 80 gátló elem is beépíthető (ezt az ábra nem mutatja méretarányosan), amely például rozsdamentes acélból készült lemezből áll vagy esetleg olyan perforált acélhenger, amely az előállítandó összetett szerkezetű kerámia test külső határfelületeit jelöli ki. A 80 gátló elem készülhet alabástromgipszből vagy kálcium-szilikátból, amelyeket állapotban szuszpenzió-szerű állapotban viszünk fel a kívánt felületre, amelyet szükség esetén szubsztrátummal, szövettel vagy esetleg papírral borítunk be. A szusz··· ··· ·· • «·· · ··· ··· • · · · · · ···· ·· ···· ··· ··

- 37 penziót hagyjuk kiszáradni. A 80 gátló elem kialakítása mindenképpen olyan, hogy az oxidációs reakciótermék növekedési folyamatát lelassítja és így alkalmas a végtermék határfelületeinek kijelölésére.

A 7. ábrán bemutatott elrendezés szerint 82 olvadt fém alapanyagot megfelelő kialakítású 84 öntőedényből közvetlenül a 72 első töltőanyagba ágyazott 74 kiűzhető mintatestre juttatunk. A megolvadt fém alapanyag megemelt hőmérsékletének hatására a polisztirol hab vagy a viasz elgőzölög és így a 74 kiűzhető mintatest anyaga a 72 első töltőanyagból eltávozik. Az eltávozás lehetséges a 72 első töltőanyag rétegén keresztül felfelé, mégpedig a 82 olvadt fém alapanyag beöntésének irányába vagy külön erre a célra kialakított, az ábrán nem bemutatott szellőzőnyíláson át. Miután a 82 olvadt fém alapanyag a 74 kiűzhető mintatest által elfoglalt területet, illetve térfogatot teljes mértékben kitölti, az együttest olyan hőmérsékletre hevítjük, amely kedvező az oxidációs reakciótermék kialakulása szempontjából, tehát a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az adott oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletet biztosítunk. Az általában gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer átjárja a 72 első töltőanyag ágyát, kapcsolatba lép a 82 olvadt fém alapanyagnak oda behatoló részével és ennek eredményeként a már ismertetett módon polikristályos oxidációs reakciótermék keletkezik, amely növekedési folyamatában átjárja az előmintát és a 80 gátló elemig terjedően alakul ki. Ha kívánatos, a 72 első töltőanyag teljes térfogatába, vagy a 80 gátló elemmel határolt részébe szilárd, illetve

• · · ♦ • ··· · ··

- 38 • folyékony halmazállapotú oxidálószert is be lehet keverni.

Ilyenkor a megolvadt fém alapanyag az oxidálószerrel a 72 első töltőanyagon belül lép reakcióba és ez is elősegíti az oxidációs reakciótermék kifejlődését. Egymással kombinációban egy vagy több oxidálószer is használható, például reaktív jellegű szilikátot keverünk a 72 első töltőanyagba, míg magát az oxidációs folyamatot levegő jelenlétében folytatjuk le.

A 82 olvadt fém alapanyag pótlását is biztosítani lehet, ha erre szükség van abból a célból, hogy szintje a 72 első töltőanyag felső szintjét meghaladja. A belső üreg fala egyéb intézkedés hiányában viszonylag könnyen összeomolhat vagy deformálódhat, ezért célszerű a 72 első töltőanyagból készült ágyazatba vagy annak 86 támasztó zónájába, amely a 74 kiűzhető mintatest környezetében van, olyan anyagot beépíteni, amellyel a 86 támasztó zóna belső tartása biztosítható. A 86 támasztó zóna szilárdságára szükség van az oxidációs reakció hőmérsékletéig. így a 72 első töltőanyagot, illetve a 86 támasztó zónát egy meghatározott, részecskéinek összekapcsolódását biztosító hőmérsékletig növelve az anyag szinterelődik vagy más módon tömörödik és elegendő szilárdságúvá válik ahhoz, hogy a megolvadt fém alapanyagot övező rétegben a 72 első töltőanyag el bírja az oxidációs reakciótermék növekedésével járó kezdeti igénybevételeket. Az anyagában önmagával kötődő töltőanyag mechanikai szilárdsága a nyomáskülönbségeket is kibírja, az üreg strukturális integritását mindaddig biztosítja, amíg az összetett szerkezetű kerámia anyag megfelelő vastagságú rétege ki nem alakul.

Miután az oxidációs reakciótermék a 80 gátló elemmel • ··· · · ·· · · · • · · · · · ···· ·· ···· ··· ··

- 39 meghatározott felületig növekedett, a 82 olvadt fém alapanyag maradékát, illetve az oxidációs reakcióból kimaradt részét a 88 összetett szerkezetű kerámia mintaedény belső teréből eltávolíthatjuk (8. ábra). A 88 összetett szerkezetű kerámiaedénynek 90 nyakrésze és az utóbbinál nagyobb átmérőjű 92 alapeleme van. A 88 összetett szerkezetű kerámia mintaedényen belül 94 belső üreg van, amely 94a nyíláson át érhető el kívülről. A 94 belső üreg a 74 kiűzhető mintatest alakjának megfelelő felületekkel határolt.

A 9- ábrán egy újabb kiviteli alak látható, amelynél tűzálló anyagú tartóedényben 98 semleges anyagból készült ágy van elrendezve. A 98 semleges anyagon belül 100 fém alapanyagból álló test és első töltőanyagból készült 102 előminta van elrendezve. A 102 előminta olyan koherens formázott termék, amelynek nyers állapotú szilárdsága elegendően nagy ahhoz, hogy elbírja a 98 semleges anyagba való betemetéssel járó igénybevételt. így az első töltőanyag részecskéi a 102 előmintát keverés és megfelelő kötőanyag használatával hozzák létre, ezekből a 102 előminta ömlesztéssel vagy más alkalmas eljárással képezhető ki. A 102 előmintában egy vagy több alkotórész is lehet. A 102 előminta 102a alapeleme általában lehet hengeres alakú, és így belső üregét 104 üregfal határozza meg, amelyből 106 alakos üreg jön létre. A 102 előmintának 102b felső fedőeleme van, amelyben 106a nyílás van kiképezve és ez a 102a alapelem fölött helyezkedik el.

A 102 előminta az oxidációs reakciótermék növekedésével szemben permeábilis szerkezetű.

A 9. ábrán bemutatott együttest olyan növekedési hőmérsék··· ··· ·· • ··· · ··· ··· • · · · · · ···· ·· ···· ··· ··

- 40 letre hevítjük, amely a 98 semleges anyagba ágyazott fém alapanyag olvadáspontját meghaladja, de az előállítani kívánt oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt marad. Amint azt már említettük, a 98 semleges anyagnak olyan szilárdságúnak kell lennie, hogy az oxidációs reakciótermék abba szabadon behatolhasson, és az oxidációs reakciótermék a 102 előminta anyagát kitölthesse. A folyamatot elegendően hosszú ideig végezzük ahhoz, hogy a 102 előminta teljes térfogata az oxidációs reakciótermék részévé válhasson és így olyan kerámia anyagú összetett szerkezetű mintaedényt kapunk, amelyben 106 belső üreg van, és ez a belső üreg a 106a nyíláson át érhető el. Az oxidációs reakciótermék növekedésének megakadályozására vagy jelentős mértékű lelassítására az együttesben célszerű lehet 150 gátló elem alkalmazása, amelynek szerepéről az előzőekben már szó volt.

A továbbiakban a találmány tárgyát példaként! foganatosítási módok kapcsán, konkrét megvalósítási példák alapján ismertetjük. Ezekben a példákban a szerkezeti fém alumínium, amely olvadt állapotában spontán módon behatol a második töltőanyag permeábilis szerkezetű masszájába, ha azt tömör falú edény belső terében helyezzük el és a környező légkörtől hermetikusan elzárjuk. A találmány szerinti eljárásban alkalmazott alumínium számos ötvöző összetevőt tartalmazhat, amelyek feladata az előállítani kívánt fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia test mechanikai és fizikai tulajdonságainak kívánt beállítása. A fémes alumíniumba például rezet is lehet adagolni, aminek eredményeként olyan mátrixot kapunk, melynek keménységét és szilárdságát a hőkezeléssel javítani lehet.

• · • ♦·· • · •··· · · ·

- 41 1. Példa

Levegővel szemben tömör, hengeres alakú, összetett szerkezetű kerámia testeket állítottunk elő oxidációs folyamat segítségével. Ebből a célból 150 mm magas és 50 mm külső átmérőjű hengeres előmintákat képeztünk ki, mégpedig hármat. Az első előmintát szedimentációs öntéssel készítettük, amihez

49,5 törne g%-ban 100 grit szemcsézettségű nyers szilícium-karbidot (az Exolon-ESK Company, Tonawanda, New York, Carbolon F1000 márkanevű termékét), 19,8 tömeg% 100 GL jelű nyers szilícium-karbidot (a Superior Graphite Company, Chicago cég termékét) és 30,7 tömeg% desztillált vizet tartalmazó keveréket készítettünk. A Carbolon F1000 szilicium-karbid átlagos szemcsenagysága 4 /um volt, míg a 100 GL jelű szilícium-karbidban mintegy 0,8 yum-os szemcsék voltak. A keverékhez először a 100 GL jelű szilícium-karbidot, valamint a vizet golyós malomban összekevertük, majd ehhez kis mennyiségben Darvan-7 jelű terméket (az R. T. Vanderbilt and Company, Norwalk termékét) és ugyancsak kis mennyiségben ammónium-alginátot adtunk. A golyós malomban a keverés időtartama 1 óra volt. A Darvan-7 termékből mintegy 1,6 g-ot adagoltunk a víz 1228 g-jára, míg az ammónium-alginátból ugyanilyen mennyiségű vízhez 4 g-ot vettünk. A golyós malomban végrehajtott keverés időtartama 1 óra volt, majd ezt követően a Carbolon F1000 termék teljes mennyiségének felét a keverékhez adtuk és ezt 1,5 órán keresztül a golyós malomban tovább kevertük. Ekkor a Carbolon F1000 maradékát a keverékhez adtuk és 24 órán át a golyós malomban tovább őröltük. A 24 órás időtartam elteltével a viszkozitást és a pH értéket ellenőriz- • · • ·· · ·· tűk, majd kis mennyiségű Darvan-7 jelű termék hozzáadásával a viszkozitást 200 ... 500 CPS tartományba állítottuk be, míg a pH értékét 6 és 7 közé. Az így beállított tulajdonságokkal jellemzett keveréket további 48 érán keresztül a golyós malomban finomítottuk.

A fentiekben ismertetett módon előkészített keverékből öntött hengereket 90 °C hőmérsékleten szárítottuk, majd 1100 °C hőmérsékleten 10 órás égetéssel kiégettük. A kiégetést követően a hengereket szobahőmérsékletre hűtöttük, a hűtés sebessége 100 °C/h volt. Az égetés kijelölt 1100 °C hőmérsékletét 200 °C/h hőmérsékletváltoztatási sebességgel értük el. Az égetést és hűtést követően a hengeres testek mindegyikének belső felületét 500 grit szemesézettségű szilícium porral fedtük be. Ez a por az Atlantié Equipment Engineers, Bergenfield cég terméke volt. A hengeres előminták külső felületeire viszont olyan gátló anyagréteget viszünk fel, amelyet 35 tömeg%-ban alabástromgipsz alkotott (ez az International Inc., Brunswick cég Bondex jelű terméke volt), 15 tömeg%-ban 500 grit szemcsézettségű Minusil terméket tartalmazott (ez a U.S. Silica Co., Berkeley Spring cég terméke) és 50 tömeg%-ban víz alkotta. Az így előkészített előmintákat 900 °C hőmérsékleten kiégettük, amihez ellenálláskemencét használtunk. Az előminták belső terébe ezt követően 450 g olvasztott alumíniumötvözetet öntöttünk, mégpedig 900 °C hőmérsékleten. Az alumíniumötvözet a gyártómű szerint 2,5 ·· 3,5 tömeg% cinket, 3 ··· 4 tömeg% rezet, 7,5 .. 9,5 tömeg% szilíciumot, 0,8 ... 1,5 törne g% vasat, 0,2 ... 0,3 tömegé magnéziumot tartalmazott és benne legfeljebb 0,5 tömeg% mangán, 0,5 tömeg% « ·· • · * · · · · • · ·· · ··· • · · · · ···· η · ···· ♦·♦ ··

- 43 nikkel, 0,001 tömeg% berillium, 0,01 tömeg% kalcium és 0,35 tömegé ón volt. A permeábilis szerkezetű gátló elemen és az előminta anyagán áthatoló levegő hatására az alumíniumötvözet oxidálódott és így oxidációs reakciótermékként polikristályos szerkezetű test keletkezett. Az oxidációs reakciót 100 órán keresztül folytattuk, és ezen idő alatt a megolvasztott ötvözet és az oxidálószer terméke folyamatosan növekedett, teljes mértékben átjárta a hengeres előminta szerkezetét. A reakcióhoz kijelölt 100 órás időtartam elteltével az ötvözet maradékát leszívtuk és így üreges kerámia anyagú hengeres testeket állítottunk elő, amelyek a környező légkörrel szemben tömör szerkezetűek voltak. Ezeket a hengeres testeket egyik végükön lezártuk, míg a másik végükön nyitottak voltak. A 900 °C hőmérsékletet fenn tartva a kerámia anyagú hengeres testeket részben kitöltöttük a második töltőanyaggal, amely majdnem a csúcsig terjedően töltötte ki a belső térfogatot, felül mintegy 100 ml-nyi szabad térfogat maradt fenn, amely a töltőanyag ágya fölött helyezkedett el. A három hengeres testet különböző töltőanyagokkal töltöttük ki. Az egyikbe 24 grit szemcsézettségű nyers szilícium-karbid részecskékből került 150 g (a Norton Company Crystolon 39 jelű terméke), a másodikba 200 g-ot adagoltunk a Norton Company 38 Alundum jelű termékének 24 grites szemcsézettségű frakciójából, míg a harmadikban 100 g tömegű anyagból ágyazatot készítettünk, amelynek anyagát szilícium-dioxid alkotta (a Pennsylvania Foundry Supply and Sand Company, Philadelphia 100 grit szemcsézettségű terméke). Mintegy 220 g, vagyis hozzávetőlegesen 100 ml névlegesen tiszta 1100 jelű alumíniumötvözetet öntöttünk a töltőanyagok • ·

9 9 9 · · ««<·· Φ· 9999 999 99

- 44 fölé, és ezzel minden hengeres edényt lezártunk. A megolvasztott alumínium kitöltötte a töltőanyag feletti szabad teret és az egyetlen szabad nyílást lezárta, vagyis megkezdődhetett az infiltrációs folyamat. Ennek során a második töltőanyagot tartalmazó térrész hermetikusan le volt zárva, illetve el volt szigetelve a környező légtértől. Az így kapott együtteseket 900 °C hőmérsékleten tartottuk, és megállapítottuk, hogy a spontán infiltrációs folyamat gyakorlatilag azonnal elkezdődött, a második töltőanyagból álló ágyazatokba lényegében 20 perc alatt az alumínium teljes mértékben behatolt. Mintegy 5 órán keresztül biztosítottuk a 900 °C hőmérsékletet, ezt követően a hevítést leállítottuk és az együtteseket hagytuk szobahőmérsékletre lehűlni. Az összetett szerkezetű fémes mátrixú kerámia testeket az alumíniumötvözet adta, amely a töltőanyagokat járta át. Ha a töltőanyag homok volt, a szilicium-dioxid teljes mértékben reakcióba lépett a behatoló alumíniummal, ennek eredményeként alumínium-trioxid és fémes szilícium keletkezett. A szilícium így felszabaduló része az alumíniumban feloldódott és ennek megfelelően alumínium-szilícium ötvözet keletkezett. Ennek értelmében egy olyan fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia testet nyertünk, amelyben az alumínium-szilícium ötvözet alumínium-trioxid részecskéket fogadott magába. Az infiltrációs folyamatokat szokásos összetételű légkörben hajtottuk végre, nem használtunk külső túlnyomást vagy vákuumot, nedvesítőszereket, vagy más, az infiltrációs folyamatot megkönnyítő technikákat.

Az 1. példa azt bizonyítja, hogy fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia testek előállíthatok az olvasztott fém • · · ··· · · • ··· · *·« ··· • · « · * · ··«· ·· ···· ··· «· spontán infiltrációjával, amikoris kis mennyiségű levegőt tartalmazó töltőanyagból álló ágyat használunk. Az infiltrációs folyamatot tömör szerkezetű fallal határolt térben vagy tartályban hajtjuk végre, amely ezt a töltőanyagot befogadja, miközben a tömör szerkezetű fallal határolt edényt vagy tartályt hermetikusan lezárjuk a környező légkör elől, erre a célra a megolvadt fémet használva.

2. Példa

AJ. H. Berge Company, South Plainfiled cég által gyártott DFC jelű, 28-1000 típus jelzésű, 150 ml térfogatú porózus agyagedénybe 300 g alumíniumötvözetet öntöttünk, amelyet fém alapanyagként hasznosítottunk. Ennek az alumíniumötvözetnek az összetétele azonos volt az 1. példában említett első alumínium ötvözetével. Az edényt és az alumíniumolvadékot tartalmazó együttest ellenálláskemencében 3 órán át 900 °C hőmérsékleten levegő jelenlétében hevítettük és így a megolvadt fém alumíniumból az előmintába való átnövesztéssel polikristályos oxidációs reakcióterméket állítottunk elő. Az előállítási folyamat végén az alumíniumolvadék maradékát kiöntöttük az edényből és azt állapítottuk meg, hogy az edény belső felületeibe a polikristályos oxidációs reakciótermék mintegy 1 ... 2 mm vastag rétegben hatolt be és így levegővel szemben ellenállóan tömör, kerámia jellegű fallal határolt edény jött létre.

A megolvadt fém alumínium mind a levegővel, mind pedig az edénnyel reakcióba lépett az említett infiltrációs folyamat során. A 900 °C hőmérsékletet fenntartva 130 g nyers szilícium-karbidot tettünk az edénybe, a 24 grit szemcsézettségű Crystolon 39 jelű anyag a Norton Company terméke volt. A szilicium-karbid • · • · • · · · részecskékből az edény térfogatát kitöltő ágyat készítettünk, amely fölött mintegy 60 ml-nyi szabad térfogat maradt. A szilícium-karbid töltőanyagból álló ágy felső szintjére mintegy 130 g megolvasztott 1100 jelű alumíniumötvözetet rétegeltünk, amely névlegesen tiszta alumínium volt. így az alumíniumolvadékból stabil helyzetű réteget hoztunk léte, amely az edény felső részét hermetikusan lezárta és a szilícium-karbid töltőanyagból álló ágyat elszigetelte a környező levegőtől. Az ily módon feltöltött edényt 900 °C hőmérsékleten tartottuk, erre a célra az előzőekben említett ellenálláskemencét használtuk. A megemelt hőmérsékletet mintegy 10 órán keresztül tartottuk fenn. Ez alatt az időtartam alatt a megolvadt fém alumínium átjárta a szilícium-karbid töltőanyag ágyának egészét. Ezt követően az együttest hagytuk lehűlni, a fémes alumíniumot megszilárdítottuk. Még mintegy 500 °C hőmérsékleten az együttest kivettük a kemencéből, vízbe dobtuk, aminek hatására az agyagedény eltört, a vékony kerámia bélés, amely a belső falat határolta, szintén megszűnt létezni. Az 1100 jelű alumíniumötvözetből álló összetett szerkezetű fémes mátrixú kerámia testet ily módon kinyertük, megállapítottuk, hogy a fémes alumínium a szilícium-karbid részecskéket teljes egészében beolvasztotta magába és a test külső felülete lényegében nagy pontossággal követte az eredeti agyagedény belső alakját, illetve geometriáját.

A 2. példa arra bizonyíték, hogy mintaedényként eredetileg porózus felépítésű anyagból készült edény is használható.

Az agyagból álló edényt ebben az esetben vékony oxidációs reakciótermékkel tettük levegővel szemben tömörré, záróvá.

- 47 Az oxidációs reakciótérmékét ebben az esetben is fém alapanyag levegővel történő irányított oxidációjával hoztuk létre. A kapott lényegében tömör szerkezetű fallal ellátott kerámia edény lehetővé tette, hogy az egyébként áteresztő tulajdonságú agyagot a találmány céljaira hasznosítsuk. így olyan mintaedényt kaptunk, amelynek segítségével a kívánt fémes mátrixé összetett szerkezetű kerámia test előállítható.

3. Példa

A 2. példában ismertetett eljárást oly módon ismételtük meg két alkalommal, hogy különböző alumíniumötvözeteket használtunk, de ugyanazt a második töltőanyagot itattuk át ezekkel. Az első próbálkozás során olyan alumíniumötvözetet használtunk, amely 2,5 ... 3,5 tömeg% cinket, 3-.-4 tömeg% rezet, 7,5 ... 9,5 tömeg% szilíciumot, 0,8 ... 1,5 tömeg% vasat, 0,2 ... 0,3 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,5 törneg% mangánt, 0,5 tömeg% nikkelt, 0,001 tömeg% berilliumot, 0,01 tömeg% kálciumot és 0,35 törneg% ónt tartalmazott. Ehhez második töltőanyagként a Norton Company által előállított alumínium-trioxid 90 grites szemcsézettségű frakcióját használtuk (márkajele 38 Alundum). Az említett összetevőket tartalmazó alumíniumötvözetből olyan fémes mátrixé összetett szerkezetet állítottunk elő, amely az alumínium-trioxid részecskéket tartalmazta. A második próbálkozás során névlegesen tiszta 1100 jelű alumíniumötvözetet használtunk a 90 grit szemcsézettségű 38 Alundum jelű alumínium-trioxid töltőanyaggal együtt. Az alumíniumötvözettel itt is sikerült a töltőanyag részecskéit egyenletes eloszlásban tartalmazó testet előállítani. Ez a példa arra bizonyíték, hogy az alumínium-trioxid mint • · · · • · · · · ·

- 48 töltőanyag finomabb szemcsézettségben is megfelel a találmány szerinti eljárás megvalósításához, mint a 2. példa szerinti eljárásnál és továbbra is jó minőségű összetett szerkezetű fémes mátrixű kerámia test állítható elő. Ez a példa azt is bizonyítja, hogy az igen finom szemesézettségű alumínium-trioxid töltőanyag a névlegesen tiszta 1100 jelű alumíniumötvözettel együtt szintén megfelel, és ezzel ugyancsak lehetséges a találmány szerinti eljárás foganatosítása.

4. Példa

Az 1. példában ismertetett eljárást ismételtük meg úgy, hogy a második töltőanyagot 100 grit szemcsézettségű nyers szilícium-karbid részecskékből állítottuk elő. A második töltőanyagot az 1100 jelű alumíniumötvözettel hoztuk kapcsolatba, amely ötvözet mintegy 1 törneg% lítiumot tartalmazott. . Az alumíniumötvözet ebben az esetben is magába foglalta a szilícium-karbid részecskéket, mintegy 5 perces időtartam alatt kialakult a fémes mátrix alapú Összetett struktúra, attól az időponttól számítva, hogy az alumíniumötvözetet olvasztott állapotban a második töltőanyagból álló ágyazat felső szintjére juttattuk.

Az említett eljárást úgy ismételtük meg, hogy 220 grit szemcsézettségű szilícium-karbid részecskékből álló második töltőanyagot használtunk. Ebben az esetben szintén mitegy 5 percig tartott, amíg az olvasztott alumíniumötvözetet a töltőanyag ágyazatára öntve kialakult az alumíniumötvözet alapú fémes mátrix, amely a szilícium-karbid részecskéket magába fogadta.

Ez a példa azt bizonyítja, hogy a fémes mátrix alapú • · · · • · · «·· ·· • ··· · ··· ·«· ·«···· •··· ·· ···· ·*· · *

- 49 összetett szerkezetű kerámia test előállítására a találmány által javasolt eljárás jól foganatosítható különböző szemcsézettségű második töltőanyagokkal, amikor az infiltrációt olyan szerkezeti fémmel hajtjuk vére, amely 1 tömeg% lítiumot tartalmazó alumínium. Ez az alumínium az 1100 jelű ötvözet.

5- Példa

Az ebben a példában megvalósított kísérletek célja annak meghatározása volt, hogy nátriumtartalmú vegyülettel a töltőanyag részecskéit bevonva a fémes mátrix alapú összetett szerkezetű kerámia test keletkezése egyszerűbbé, könnyebbé válik-e. Az 1. példában leírt folyamatot ezért megismételtük azzal a különbséggel, hogy a második töltőanyagot 220 grit szemcsézettségű nyers szilicium-karbid részecskékből állítottuk össze, ahol a részecskéket NagO bevonat borította. Ezt a bevonatot úgy hoztuk létre, hogy a szilícium-karbid részecskéket nátrium-hidroxid-oldatba merítettük 3...4 órán keresztül. Az így átitatott részecskéken nátrium-hidroxid bevonat keletkezett, amely a kemencében való szárítás következtében lényegében nátrium-oxid (NagO) bevonattá alakult át. A nátrium-oxidos bevonattal ellátott részecskéket mozsárban felaprítottuk, majd ezt követően a szárításkor keletkezett keményebb részecskéket eltávolítottuk. A bevonattal ellátott szilícium-karbid részecskék így szemcsés alakot öltöttek, majd a szemcsézett anyagot az 1. példa szerinti eljárás foganatosítására alkalmaztuk. A kerámia test előállítására alkalmazott szerkezeti fém olyan alumíniumötvözet volt, amely 2,5 ... 3,5 tömeg% cinket, 3 ... ...4 tömeg% rezet, 7,5 ... 9,5 tömeg% szilíciumot, 0,8 ...

... 1,5 tömeg% vasat, 0,2 ... 0,3 törne g% magnéziumot, valamint • · • · ··· ··· «· • · ·· · ··· ·«· * · · · · · ···· ·· ·*····· · ·

- 50 legfeljebb 0,5 törne g% mangánt, 0,5 tömeg% nikkelt, 0,001 tömeg% berilliumot, 0,01 tömeg% kálciumot és 0,35 törneg% ónt tartalmazott. Az előbbiekben részletezett összetételű alumíniumötvözet a bevonattal ellátott szilícium-karbid részecskéket jól befogadó fémes mátrix alapú test előállítását tette lehetővé.

Az előzőekben leírt kísérletet úgy ismételtük meg, hogy a 220 grit szemcsézettségű szilícium-karbid részecskéket nem láttuk el bevonattal. Ebben az esetben az alumíniumötvözet nem tudott behatolni a töltőanyagból álló ágyazatba, fémes mátrix alapú kerámia test nem jött létre. Ez a példa azt bizonyítja, hogy a nátrium-oxid bevonat alkalmas az infiltrációs folyamat elősegítésére olyan töltőanyag esetében is, amelynek igen finom szemcsézettsége miatt adott esetben az alumíniumötvözet nem képes a szerkezetbe hatékonyan bejutni.

6. Példa

Az 1. példában leírt eljárást ismételtük meg, azzal a különbséggel, hogy a második töltőanyag 54 grit szemcsézettségű szilícium-karbidból állt, míg a fémes mátrixot 1100 jelű alumíniumötvözetből állítottuk elő, amelyhez mintegy 5 tömeg% magnéziumot adagoltunk. Az így kapott alumíniumötvözet alapján olyan fémes mátrix volt nyerhető, amely mintegy 5 perc alatt átitatta a szilícium-karbid részecskéket tartalmazó ágyazatot, attól az időponttól számítva, hogy az alumíniumötvözetet az ágyazat felső szintjére öntöttük. Ezt az eljárást megismételtük 90 grit szemcsézettségű szilícium-karbid részecskékkel is, amelyek ebben az esetben szintén a második töltőanyagot alkották. Az alumíniumötvözet alapján a szilícium-karbid • · • · · ··· · · • ··· « ·«· ··· ···♦·· • *·· · · ···· · · · ··

- 51 részecskéket tartalmazó ágynak fémmel történő feltöltése mintegy 5 percet vett igénybe attól az időponttól számítva, hogy az alumíniumötvözetet az ágyazat félő szintjére öntöttük.

7. Példa

Az 1. példában leírt eljárást ismételtük meg, azzal a különbséggel, hogy három alacsonyabb infiltrációs hőmérsékletet használtunk, amivel azt kívántuk meghatározni, hogy milyen hatással van a hőmérséklet az infiltrációs folyamat időtartamára. Ennek megfelelően három kísérletben először 800 °C, majd 750 °C és végül 700 °C hőmérsékletet használtunk, éspedig rendre 10, 40, valamint 90 perces infiltrációs időtartamot biztosítva. Ennyi idő alatt a töltőanyag ágyának átitatása bekövetkezett, vagyis látható, hogy az infiltrációs idő növekszik, ahogy a folyamat hőmérsékletét csökkentjük.

8. Példa

Az 1. példában ismertetett eljárást ismételtük meg, azzal a különbséggel, hogy töltőanyagként 90 grit szemcsézettségű nyers szilícium-karbidot használtunk. Ez a töltőanyag sokkal finomabb szemcsézettségű, mint a 2. példában alkalmazott 24 grit szemcsézettségű szilicium-karbid. Ebben az esetben is a szilícium-karbid részecskékből álló ágyazat felöntéséhez 1100 jelű alumíniumötvözetet használtunk. Az infiltrációs folyamathoz 5 perc is elegendő volt attól számítva, hogy az olvasztott fémet a töltőanyag ágyára öntöttük. A folyamat során kapott összetett szerkezetű kerámia test külső felülete lényegében nagy pontossággal adta vissza az eredeti agyagedény belső felületének geometriáját, illetve alakját. Ez a példa azt bizonyítja, hogy lehetséges finomabb szemcsézettségű • « • · · · · · ···· · · «·*· ··· ··

- 52 töltőanyagok alkalmazása is, ha a névlegesen tiszta 1100 jelű alumíniumötvözettel készítjük el a kerámia testet. így a kívánt összetételű fémes mátrix alapú kerámia test különböző szemcsézettségű töltőanyagokkal állítható elő.

9. Példa

Összehasonlító vizsgálatokat végeztünk, amelynek során megismételtük az előző példák kísérleteit, azzal a különbséggel, hogy nem hoztuk létre a hermetikus lezárás feltételeit a második töltőanyagot tartalmazó ágy környezetében.

A. Mintegy 100 g 24 grit szemcsézettségű nyers szilícium-karbid részecskét (a Norton Co. Crystolon 39 jelű termékét) a 2. példa szerinti anyagösszetételben agyagból készült grafitos tűzálló edénybe helyeztük, amelynek fala levegőt áteresztő szerkezetű. Ez a Ferro Company Inc., Buffalo 6 jelű edénye volt. A töltőanyag ágyával az edény majdnem teljes térfogatát kitöltöttük, de a fölső részen mintegy 90 ml szabad térfogatot hagytunk. A szabad térfogatba mintegy 190 g olyan alumíniumötvözetet öntöttünk, amelynek összetételét az 1. példában már specifikáltuk. Az így kapott együttest ellenálláskemencében levegő jelenlétében 900 °C hőmérsékletre hevítettük és ezt a hőmérsékletet 15 órán keresztül tartottuk. Elegendő mennyiségű alumíniumötvözetet helyeztünk el az edényben ahhoz, hogy mindenkor azonos szinten lehessen az alumíniumötvözet a töltőanyag ágya felett, ezzel az edény felső részét lezártuk, vagyis a töltőanyag felülről a környezettel szemben hermetikusan le volt zárva. Az oldalfalakon keresztül azonban a levegő be tudott hatolni a töltőanyaghoz. Mintegy 15 órás égetési időtartam után a 900 °C hőmérséklet tartását megszüntettük, • · · · «·· · · · · · • ··· · ·· · ··· • · · · · V ···· · · ·· ·· «*· · ·

- 53 az együttest hagytuk lehűlni és az alumíniumötvözetet megszilárdulni. Az edény tartamát kinyertük és megállapítottuk, hogy a fém olvadéka gyakorlatilag alig tudott behatolni a szilícium-karbid szemcséket tartalmazó töltőanyag ágyába.

B. Az A. bekezdésben leírt kísérletet ismételtük meg úgy, hogy töltőanyagként 50 g 500 grit szemcsézettségű előzetesen kiégetett szilícium-karbid részecskét használtunk (a Norton Company Crystolon 39 jelű termékét), amelyet rekristalizált alumínium-trioxidból (a McDanel Refractory Company, Beaver Falls termékéből) készült 100 ml-es henger belső terébe helyeztünk. Ez az anyag oly módon volt levegőt áteresztő, hogy alsó részében törésvonalat hoztunk létre. Az így kapott együttest ellenálláskemencében 900 °C hőmérsékletre hevítettük és ekkor 150 g 1100 jelű alumíniumot olvasztott állapotban ráöntöttünk. Az olvasztott alumínium befedte a töltőanyag ágyát, az edény felső nyitott végét hermetikusan lezárta. Ezt követően 5 órán keresztül a kemencében 900 °C hőmérsékletet tartottunk, amivel a fém alumínium olvadt állapotát biztosítottuk és egyidejűleg lezártuk az edény felső részét. A szilícium-karbid részecskéket és az alumínium olvadékát acélrúddal összekevertük. Ennek ellenére a szilícium-karbid részecskéket az alumíniumötvözet nem járta át, egyáltalában nem nedvesítette.

C. AB. pontban ismertetett kísérletet úgy ismételtük meg, hogy agyagból álló, levegőt áteresztő falú edényt használtunk, amely felépítésében az A. pontban ismertetett edénynek felelt meg. Ennek belső felületét kálcium-szulfát (alabástromgipsz, az International Inc., Brunswick cég Bondex jelű • · ··♦· ··* ··· ·· • · · · 9 999 999

9 9 9 9 9 ···· 99 9999 999 99

- 54 terméke) levegőt áteresztő rétegével vontuk be és így az oxidációs reakcióterméket megvédtük az ellen, hogy a megolvadt alumínium benőhessen a falakba, ahogy ezt a 2. példában ismertettük. Tehát kizártuk annak feltételeit, hogy oxidációs reakció játszódhasson le a szerkezeti fémként használt alumínium és az agyagedény között. Az előző ponthoz hasonló eredményeket kaptunk, vagyis a szilícium-karbid részecskéket tartalmazó töltőanyagba a fémolvadék nem hatolt be, részecskéit nem nedvesítette.

D. AB. pont szerinti kísérletet oly módon ismételtük meg, hogy 5 órás érintkeztetési időszak után 1,5 tömeg% magnéziumot adagoltunk a megolvadt alumíniumhoz. Az így kapott megolvadt alumínium-magnézium ötvözet a töltőanyaggal kapcsolatban maradt és ezt az állapotot további 3 órán keresztül 900 °C hőmérsékleten tartottuk fenn. A megfigyelések eredménye szerint a szilícium-karbid töltőanyag részecskéit ez az ötvözött fémolvadék egyáltalában nem nedvesítette, a szerkezetbe nem hatolt be.

E. AB. pont szerinti kísérletet úgy ismételtük meg, hogy töltőanyagként 50 g 24 grit szemcsézettségű nyers szilícium-karbidot használtunk (a Norton Company Crystolon 39 jelű termékét). Ebben az esetben magnézium helyett a megolvadt alumíniumot 2...3 tömeg% szilíciummal ötvöztük a kezdeti 5 órás érintkeztetési időtartam után. Az így kapott alumínium-szilícium ötvözet további 3 órán keresztül a 900 °C hőmérsékleten kapcsolatban maradt a töltőanyag ágyával. A kinyert termék megfigyelései azt mutatták, hogy a megolvadt fémötvözet gyakorlatilag nem nedvesítette a szilícium-karbid töltőanyagot, • · • · • ··· annak szerkezetébe nem hatolt be.

10. Példa

Ebben a példában olyan eljárást ismertetünk, amellyel alakos tengelyt lehet előállítani, amelynek falát kerámia mátrix jellegű összetett szerkezetű héj alkotja, belső részét pedig fémes mátrix alapú összetett szerkezetű kerámia test. A tengely alakját követő előmintát szedimentációs öntéssel állítjuk elő alabástromgipszből készült minta segítségével. Az alabástromgipszből készült tengelyminta a holland Mold Company, Trenton terméke. Az előminta előállításához használt keverék ugyanolyan volt, mint az 1. példában leírt szedimentációs öntésnél alkalmazott keverék, az előkészítés is ugyanúgy történt. A 100 GL jelű anyag átlagos szemcsézettsége 0,8 mikron körüli volt, míg a Carbolon F1000 jelű anyagé 4 mikron körüli. Az előmintákat 90 °C hőmérsékleten mintegy 4 órás időtartamon keresztül szárítottuk, de sok esetben 20 órás szárítási időt alkalmaztunk. Az előmintákat kb. 5 mm-es szélességgel készítettük el, tömegük 380 és 480 g között változott, a vastagságtól függően. Az előminták egyik oldalon zártak voltak, másik oldaluk viszont nyitott volt, a nyitott oldalon tölcsérszerű kialakítással.

A szárítást követően a tengely előmintáját zárt végével felfelé kemencébe helyeztük és 5 ... 20 órán keresztül 1025 ... ... 1100 °C hőmérsékleten kiégettük. Általában 1025 °C égetési hőmérsékletet és 20 órás időtartamot alkalmaztunk. Az előmintákat tartalmazó kemencét az égetés megemelt hőmérsékletére mintegy 5 óra alatt hevítettük fel, majd az égetést követően újból 5 óra alatt hűtöttük le a szobahőmérsékletre. Az égetési folyamat során az előminták mintegy 11 %-os tömegnövekedést • · ··· ♦ · · · · • ··· · ··· ··« • · · · · · • ··· ·· ···· ··· · ·

- 56 mutattak. Az előminták lineáris és átmérő növekedése mintegy %-os volt, míg vastagságuk 8 %-kal növekedett.

Az égetést követően az előminták teljes belső felületét olyan szuszpenzióval vontuk be, amely szilícium fémet tartalmazott, mégpedig az Atlantié Equipment Engineers, Bergenfield 500 grit szemcsézettségű termékét. A bevonat vastagsága változó volt, voltak olyan tengelyek, amelyeken nem volt bevonat, míg a legvastagabb bevonat nagyjából 2,5 mm vastag volt. A bevonat vastagságát azért változtattuk, hogy megállapítsuk, milyen optimális bevonati vastagság az, amelynél a növekedés egyenletessége és üteme a legjobb. A későbbi értékelések azt mutatták, hogy a legjobb eredményeket a 0,01 ... 0,25 mm vastagságok adják. Az előmintákat a bevonattal ellátva a munkadarabokat kiszárítottuk, majd külső felületükre 35 tömeg% Bondex alabástromgipszet tartalmazó szuszpenziőt vittünk fel (ez az International Inc., Brunswick terméke volt). A szuszpenzióban 15 tömeg% 500 grit szemcsézettségű szilícium-dioxid (az U.S. Silica Company, Berkely Spring Minusil terméke) és 50 tömeg% desztillált víz volt. Ezt a külső bevonatot 90 °C hőmérsékletű kemencében 2 órán keresztül szárítottuk, majd az előmintákat kemencébe helyeztük és mintegy 5 órás időszak alatt a hőmérsékletet szobahőmérsékletről 900 °C-ra emeltük. A 900 °C hőmérsékletet fenntartva a kemencében levő előmintákat megtöltöttük olvasztott alumíniumötvözettel.

A 900 °C hőmérséklet elérésétől az alumíniumötvözet beöntéséig tartó időt az egyes előmintáknál változtattuk. Az előminták közül néhánynál az alumíniumötvözetet azonnal a 900 °C hőmérséklet elérése után beöntöttük, míg másoknál vártunk egy kicsit.

·· ·· · · ···· ·· • ·· ··· ·· • ··« · ··· ··· • · · · ♦ · ···· ·· ···· ··· ··

- 57 A 900 °C hőmérséklet elérése és az alumíniumötvözet beöntése közötti időtartam maximális értéke 4 óra volt.

Minden előmintába 330 g alumíniumötvözetet töltöttünk.

Az alomíniumötvözet az 1. példában ismertetett első alumíniumötvözet összetételével volt egyező. A megolvasztott alumíniumötvözetet az előmintákba egyszerűen beöntöttük, mégpedig a felső tölcsérszerűen kialakított nyitott végen keresztül, miközben az előmintákat a kemence 900 °C hőmérsékletű terében tartottuk. A nyitott vég tölcsérszerű kialakítása megkönnyítette a fémolvadék beöntését az előminta belső terébe és egyúttal lehetővé tette tartályszerű rész kiképzését a megolvadt fém befogadására. Mivel az előminták fala permeábilis szerkezetű, a levegő behatol az alumíniumötvözethez és így az oxidálódik. Ennek megfelelően oxidációs reakciótermék keletkezik, amely az előminták anyagába behatol, az előzőekben ismertetett módon átjárja azt, lehetővé teszi kerámia test előállítását. Amint a behatolási folyamat előrehatolt, az alumíniumötvözet mennyiségét pótoltuk, mindenkor 900 °C hőmérsékletű 1100 jelű alumíniumötvözetet töltöttünk utána. A növekedési folyamatot 100 ... 150 órán keresztül tartottuk fenn. Bár a növekedés jelentős része az első 30 óra alatt lezajlott, a további időtartamra azért volt szükség, mert így sokkal homogénabb, egységesebb összetételű terméket kaptunk.

Miután az oxidációs reakciótermék az előminták falát teljes mértékben átjárta, így olyan héjakat kaptunk, amelyek a végtermékként kitűzött tengely alakját követték. Az oxidációs reakció befejezésekor az alumíniumötvözet feleslegét kiöntöttük az előmintákból, biztosítottuk azok továbbra is 900 °C hőmérsék• · • ·»« * ··· • · * · · «··« · · ···· ···

- 58 letét. Ezt követően a tengelyek előállítására szolgáló mintaedények belső terét a 900 °C hőmérséklet további fenntartása mellett 24 grit szemesézettségű nyers szilícium-karbiddal töltöttük fel (ez a Norton Company Crystolon 39 jelű terméke volt) és ez mint második töltőanyag működött. Ezt hoztuk kapcsolatba 900 °C hőmérsékleten a szerkezeti fémmel, a fémes mátrix előállítása céljából. Ehhez számos különböző fémötvözetet használtunk fel. A felhasznált anyagok között volt az 1100 jelű alumíniumötvözet; az 1. példában elsőnek leírt alumíniumötvözet; az 1100 jelű alumíniumötvözetből 0,25 ... 3 törne g% lítium hozzáadásával nyert alumíniumötvözet; az 1100 jelű alumíniumötvözetből 0,5 ··· 5 tömeg% magnézium hozzáadásával nyert alumíniumötvözet; az 1. példában elsőként leírt alumíniumötvözetből 0,25 ... 3 tömeg% lítium hozzáadásával nyert alumíniumötvözet ; valamint az 1. példában elsőként leírt alumíniumötvözetből 0,5 ... 5 törne g% magnézium hozzáadásával nyert alumíniumötvözet. Az egyes mintaedényeket kitöltő szilícium-karbidba a kijelölt alumíniumötvözetet beöntve a szerkezet kialakulása azonnal megkezdődött, lényegében 20 perc alatt az infiltrációs folyamat lejátszódott. A 20 perces időtartam alatt az egyes mintaedények fémtartalmát kiegészítettük, amennyiben erre szükség volt ahhoz, hogy a töltőanyag ágyába az anyag behatoljon. Az infiltrációs folyamat befejezése után a tengelyeket lehűtöttük, 12 ... 15 órás hűtési időtartamot használtunk, a termékeket kinyertük, letisztítottuk, méretre vágtuk és lecsiszoltuk. Az ily módon növesztett tengelyeket homokfúvással tisztítottuk le és olyan hosszúságra vágtuk, amilyet az előzetes igények alapján mértünk fel, mégpedig gyémánt tárcsa alkalmazásával.

• 9 ·« ··♦· ··· «*· * · • · «·· · · · ·· · • · · · · · ···· ·· *·>«· ··· ··

- 59 A hengeres felületek csiszolásához gyantával kötött 100 grit szemcsézettségű gyémánt csiszolókorongokat használtünk. A kiálló korongszerű felületeket 220 grit szemcsézettségű gyémánt csiszolókorongokkal csiszoltuk le, ahol a csiszoló szemcséket szintén gyanta kötötte meg. Az eljárással előállított tengelyt a 10. ábra mutatja be.

A 10. példa annak bizonyítéka, hogy bonyolult külső kialakítású és összetett geometriájú testek szintén előállíthatók fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia testként a találmány szerinti eljárással. Itt összetett szerkezetű kerámia mátrix alkotja a külső héjszerkezetet, míg fémes mátrix a belső szerkezet alapja. A héjszerkezet kerámia mátrixát először alakos előminta infiltrációjavai állítjuk elő, amikoris első töltőanyagot oxidációs reakció révén a reakció termékével járatunk át, alumíniumötvözet és levegő kihasználásával. Ezt követően a fémes mátrix alapú középponti részt készítjük el, amit úgy állítunk elő, hogy megolvadt alumíniummal hermetikusan lezárt térben második töltőanyagot töltünk fel. Ez a második töltőanyag kis mennyiségben kiinduláskor levegőt tartalmaz. A kerámia mátrixú héjszerkezet belső tere az, amely a második töltőanyagot befogadja. Ennek a folyamatnak az eredményeként olyan végterméket kapunk, amely a fémes és a kerámia alapú mátrixokkal előállított anyagok előnyös tulajdonságait egyesíti.

A találmány szerinti eljárás különböző foganatosítási módjai a második töltőanyagok különböző osztályaira alkalmasak.

Különösen vonatkozik ez a kerámia jellegű töltőanyagok felhasználására, amikoris a második töltőanyag megválasztása • ··· 9 ··· ··· • ♦ · · · * mindenek előtt az alkalmazott alumínium vagy magnézium alapanyag összetételétől, a beállított eljárási feltételektől, a második töltőanyag anyagi minőségétől és méreteitől, a végtermékként előállítani kívánt anyag tulajdonságaitól függ. A második töltőanyag, amely a fémes mátrix anyagát erősítő, szilárdító összetevőként működik, előnyös módon nem lép reakcióba a megolvadt alumíniummal vagy magnéziummal az eljárás során beállított feltételek között. így második töltőanyagként számos különböző vegyület, készítmény használható. Ezek közé tartoznak az oxidok, például a magnézium, az alumínium, a titán, a cirkónium és a hafnium oxidjai, a karbidok, például a szilícium vagy a titán karbidja, a boridok, például a titán-diborid, az alumínium-dodekaborid, valamint a nitridek, mint az alumínium, a szilícium vagy a cirkónium nitridje. Ha a második töltőanyagnál fennáll annak a veszélye, hogy az az alumíniummal vagy magnéziummal, mint szerkezeti fémmel annak olvadék állapotában reakcióba lép, akkor az infiltrációs időt választjuk a lehető legrövidebbre, a hőmérsékletet szükség szerint csökkentjük vagy növeljük, esetleg a részecskéken a találmány szerinti folyamat feltételei között reakcióba nem lépő bevonatot képezünk. A második töltőanyag olyan anyagot is tartalmazhat, mint például szenet vagy más nem kerámia jellegű anyagot, amelyen kerámia tulajdonságú bevonat van és ez biztosítja, hogy a szubsztrátum a találmány szerinti eljárás feltételei között nem degradálódik. A jelen találmány szerint javasolt eljárás foganatosítása során különösen hasznosnak bizonyultak az olyan kerámia anyagok, mint az alumínium-trioxid vagy a szilícium-karbid, amelyek részecskékként,

• · ···· lemezkékként, szálakként is felhasználhatók. A szálak lehetnek folyamatos jellegű anyagok is, mint például több szálból álló szálkötegek. A második töltőanyag egyébként lehet homogén vagy heterogén összetételű előminta, vagy massza is.

A szilícium-karbid hajlamos a tiszta alumíniummal reakcióba lépni. Ennek eredményeként alumínium-karbid keletkezik és ha szilícium-karbidot használunk második töltőanyagként, akkor ajánlatos ezt a reakciót megelőzni, vagy mértékét minimálisra csökkenteni, mivel az alumínium-karbid nedvességre érzékeny és így jelenlétével potenciálisan gyöngíti a fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia test jellemzőit. Ezért az alumínium-karbid képződésére vezető reakciók megelőzésére, illetőleg minimalizálására a szilícium-karbidot levegőben előzetesen kiégetjük és ezzel rajta reaktív szilícium-dioxid bevonatot képezünk, adott esetben az alumíniumot szilíciummal is ötvözzük. Mindkét esetben azt kapjuk, hogy az ötvözetben a szilícium részaránya növekszik és így csökken az alumínium-karbid képződésének veszélye. Hasonló eljárásokat lehet használni akkor, ha más második töltőanyagok alkalmazása esetén nemkívánatos reakciótermékek keletkezésével kell számolni.

A második töltőanyag esetében a méret és az alak szempontjából nem különösen jelentősek a megkötések. Ezeket a jellemzőket úgy választjuk meg, hogy a végtermékként kapott fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia test paraméterei a kívánt értéket mutassák. így a második töltőanyag lehet szemcsés, lemezes, szálszerű anyag, ahol a fém alumíniummal való átjáratás nem függ az alaki kiképzéstől. A további alakok szintén nem játszanak szerepet az infiltrációs folyamatban, tehát a töltő·« ·· ·· ·«·· ·· • ·· ··· · · • ··· · ··· ··· • » « · · · ···· ·· ···· ·«· ·· anyag készülhet gömböcskék, tablettaszerű, pellet alakú elemekként, tűzálló szövetként vagy hasonló anyagok formájában.

A második töltőanyag méretei szintén nem jellemzőek az infiltrációs folyamat szempontjából, de nyilvánvaló a kísérletekből, hogy a teljes infiltráció lassabban zajlik le, illetve magasabb hőmérsékleteket igényel, ha a második töltőanyag részecskéinek méretei csökkennek. A második töltőanyag összeállításakor nem feltétlenül szükséges összenyomást alkalmazni a sűrűség növelése céljából, de adott esetben ez is célszerű lehet.

A fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia testek előállítására ismert hagyományos eljárásokhoz képest a jelen találmány feleslegessé teszi a különleges összetételű gázatmoszférák és a nagy nyomások alkalmazását, de ugyancsak nem igényli a megnövelt hőmérsékleteket, a külső vákuumot, vagy azt a mechanikai nyomást, amellyel esetleg az olvadékállapotban levő alumínium vagy magnézium kényszeríthető a második töltőanyag szerkezetének átjárására. A találmány szerinti eljárás szokásos összetételű atmoszférával is foganatosítható, olyan alumínium vagy magnézium alapú fémes mátrixú összetett szerkezeté kerámia testek előállítására nyújt lehetőséget, amelyekben a második töltőanyag az anyagok széles köréből választható, ha a második töltőanyag kis porozitású komponensekből tevődik össze.

11. Példa

Ez a példa a találmány szerinti eljárás egy olyan változatát mutatja be, amellyel lehetővé válik alakos fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia test előállítása. Ebben az esetben 101,6 x 50,8 x 25,4 mm méretű mintát Leecote ♦· ·· ·· ···· ·· ··· · · · · · • ··· · ··· ··· • · * · · · • ••· ·· ···· ··· *· szuszpenzióval vontunk be (ez az Acme Resin Corp., Madison cég LX-60 terméke), amikoris a mintát a Leecote terméket tartalmazó öntőpohárba merítettük. Az öntőpohárból kiemelt mintát a termék vékony rétege borította, amely a külső felülethez jól tapadt. A még nedves mintát ezt követően 90 grit szemcsézettségű 38 Alundum jelű termékkel borítottuk be, amely szintén jól tapadt a már felvitt bevonatra. Az így előkészített kettős bevonatot kiszárítottuk, majd a merítéses bevonást és a 90 grit szemcsézettségű Alundummal való újbóli beszórást többször megismételtük, amíg végülis mintegy 3 mm vastag bevonatot kaptunk a Leecote nevű termékből és a 38 Alundum jelű szemcsés termékből. A bevonattal ellátott mintát kiszárítottuk, majd 900 °C hőmérsékleten 4 órán keresztül égettük. Az égetés során a habosított anyagból készült minta elpárologott, mögötte olyan üreg maradt vissza, amely inverz módon reprodukálja az eredetileg is habosított anyagból készült minta alakját.

A habosított anyagú kiűzhető mintatest lényegében teljes eltávolítása után olyan fém alapanyagot alkalmaztunk, amely 2,5 ... 3,5 tömeg% cinket, 3 ··· 4 tömeg% rezet, 7,5 ... ... 9,5 tömeg% szilíciumot, 0,8 ... 1,5 tömeg% vasat, 0,2 ... ... 0,3 tömeg% magnéziumot, továbbá legfeljebb 0,5 törneg% mangánt, 0,5 tömeg% nikkelt, 0,01 tömeg% berilliumot, 0,01 tömegé kálciumot és 0,35 tömeg% ónt tartalmazott, míg a maradékot alumínium alkotta. Ezt az ötvözetet a habosított test eltávozásával kapott üregbe öntöttük, majd az oxidációs reakciót 24 órás időtartammal lejátszattuk, aminek eredményeként lényegében tömör szerkezetű fallal határolt mintaedényt kaptunk.

·· ·· • · • ··· • · · •· ···· • · · • ··· • · ·*· ··*· ···· ··· ··

- 64 A továbbiakban ezt használtuk a fémes mátrixű összetett szerkezetű kerámia test előállítására. Az oxidációs reakcióhoz használt fémötvözet maradékát a belső üregből eltávolítottuk, az így kapott mintaedényt mintegy 166 g 24 grit szemcsézettségű szilicium-karbiddal (a Norton Company Crystolon 39 termékével) töltöttük ki, majd 100 g olyan alumíniumötvözettel fedtük be a töltőanyag így előállított rétegét, amely ötvözetben alumínium mellett 2,5 ... 3,5 tömeg% cink, 3 ··· 4 tömeg% réz, 7,5 ... 9,5 tömeg% szilícium, 0,8 ... 1,5 tömeg% vas, 0,2 ... 0,3 tömeg% magnézium, továbbá legfeljebb 0,5 tömeg% magnézium, 0,5 tömeg% nikkel, 0,01 tömeg% berillium, 0,01 tömeg% kalcium és 0,35 tömeg% ón volt. Ezt az alumíniumötvözetet 5 percig hagytuk a második töltőanyag ágya fölött, majd a kapott összetett szerkezetű kerámia testet kinyertük. A mintaedényt és tartalmát ehhez 550 °C hőmérsékletre hűtöttük le, ezt követően vízbe dobtuk és így a mintaedényt a hősokk hatásával összetörtük. A végeredményként kapott fémes mátrixű összetett szerkezetű kerámia test külső alakja követte a kiindulási, habosított anyagú minta alakját. Ez a példa is azt mutatja, hogy összetett, bonyolult alakú fémes mátrixű összetett termékek előállítására szintén lehetőség nyílik. Nyilvánvaló, hogy a habosított anyagból készült minta helyett használhatók a viaszból készült mintatestek is, de más anyagok ugyanúgy alkalmazhatók, ha ugyanilyen eredményre vezetnek.

- 65 SZABADALMI IGÉNYPONTOK

Claims (25)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás fémes mátrixú összetett szerkezetű kerámia test előállítására, amikoris olvasztott állapotú szerkezeti fémet kerámia jellegű szerkezeti anyag belsejébe juttatunk és a kapott kerámia jellegű testet megszilárdítjuk , azzal jellemezve, hogy először (a) a szerkezeti anyagot befogadó, lényegében tömör fallal határolt mintaedényt hozunk létre a következő lépésekkel:

   (i) első töltőanyaggal kívánt alakra hozott és bel- ső üreggel ellátott permeábilis anyagú előmintát készítünk, (ii) fém alapanyagot tartalmazó olvadéktestet oxidálószer jelenlétében az előmintával érintkezésbe hozunk, a fém alapanyagot olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten tartva a fém alapanyag és az oxidálószer között oxidációs reakciót indítunk meg és futtatunk le, miközben (iii) az oxidációs reakcióterméknek legalább egy részét a megolvadt fém alapanyaggal érintkeztetve az oxidációs reakciótermék tömegét úgy növeljük, hogy a megolvadt fém alapanyagot az általa az oxidációs reakciótermékkel alkotott határfelületen keresztül az olvadéktestből fokozatosan eltá-

   - 66 volítjuk, az előminta anyagán belül az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és így az oxidálószer valamint a már létrejött oxidációs reakciótermék határfelületén az oxidációs reakciótermék újabb menynyiségét képezzük, (iv) a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletet továbbra is fenntartva az oxidációs reakciót folytatjuk, ezzel az előminta anyagának legalább egy részét az oxidációs reakciótermék anyagába olyan mértékben beágyazzuk, aminek révén az előmintából a belső üreget körbevevő lényegében tömör szerkezeti fallal határolt mintaedényt alakítunk ki, majd (v) az oxidálószerrel való reakcióból és ennek következtében az oxidációs reakciótermékké való átalakulásból kimaradt fém alapanyag legalább egy részét a tömör szerkezeti fallal határolt térből eltávolítjuk és ezt követően a szerkezeti fém bejuttatását úgy végezzük, hogy (b) második töltőanyaggal, mint szerkezeti anyaggal kialakított permeábilis szerkezetű masszát helyezünk a mintaedény tömör szerkezetű fallal határolt belső üregébe, a második töltőanyagot olvasztott állapotú, alapvetően alumíniumból és/vagy magnéziumból álló szerkezeti fémmel hozzuk érintkezésbe, (c) a szerkezeti fém megolvadt állapotát biztosító hőmérsék-

   - 67 létén a második töltőanyagot a megolvadt szerkezeti fémmel érintkezésben tartalmazó mintaedényt hermetikusan lezárjuk és a hermetikusan lezárt állapotban a második töltőanyagot a szerkezeti fémmel átitatjuk, és végül (d) a hőmérsékletet a szerkezeti fém olvadáspontja alá csökkentjük, majd a szerkezeti fém megszilárdulása után az összetett szerkezetű kerámia testet kinyerjük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mintaedény hermetikus lezárására a belső üreget meghatározó nyílásra a megolvadt szerkezeti fémet helyezzük.
3. 3. Eljárás fémes mátrixé összetett szerkezetű kerámia test előállítására, amikoris olvasztott állapotú szerkezeti fémet kerámia jellegű szerkezeti anyag belsejébe juttatunk és a kapott kerámia jellegű testet megszilárdítjuk , azzal jellemezve, hogy először (a) a szerkezeti anyagot befogadó, lényegében tömör fallal határolt mintaedényt hozunk létre a következő lépésekkel:

   (i) első töltőanyaggal kívánt alakra hozott és bel- ső üreggel ellátott permeábilis anyagé előmintát készítünk, amelynek anyagában legalább egy, az előminta felületét elérő nyílást képezünk ki, (ii) fém alapanyagot tartalmazó olvadéktestet oxidálószer jelenlétében az előmintával érintkezésbe hozunk, a fém alapanyagot olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmér• · · • · ·· ···· ·· • · · · · • · · · · · · • · · · ···· ··· ··

   - 68 sékleten tartva a fém alapanyag és az oxidálószer között oxidációs reakciót indítunk meg és futtatunk le, miközben (iii) az oxidációs reakcióterméknek legalább egy részét a megolvadt fém alapanyaggal érintkeztetve az oxidációs reakciótermék tömegét úgy növeljük, hogy a megolvadt fém alapanyagot az általa az oxidációs reakciótermékkel alkotott határfelületen keresztül az olvadéktestből fokozatosan eltávolítjuk, az előminta anyagán belül az oxidálószerrel kapcsolatba hozzuk és így az oxidálószer, valamint a már létrejött oxidációs reakciótermék határfelületén az oxidációs reakciótermék újabb menynyiségét képezzük, (iv) a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletet továbbra is fenntartva az oxidációs reakciót folytatjuk, ezzel az előminta anyagának legalább egy részét az oxidációs reakciótermék anyagába olyan mértékben beágyazzuk, aminek révén az előmintából a belső üreget és a legalább egy nyílást körbevevő lényegében tömör szerkezeti fallal határolt mintaedényt alakítunk ki, majd (v) az oxidálószerrel való reakcióból és ennek következtében az oxidációs reakciőtermékké való átalakulásból kimaradt fém alapanyag legalább egy részét a tömör szerkezeti fallal határolt térből eltávolít• · ·

   - 69 juk és ezt követően a szerkezeti fém bejuttatását úgy végezzük, hogy (b) második töltőanyaggal, mint szerkezeti anyaggal kialakított permeábilis szerkezetű masszát helyezünk a mintaedény tömör szerkezetű fallal határolt belső üregébe, a második töltőanyagot olvasztott állapotú, alapvetően alumíniumból és/vagy magnéziumból álló szerkezeti fémmel hozzuk érintkezésbe, (c) a szerkezeti fém megolvadt állapotát biztosító hőmérsékleten a szerkezeti fémet a mintaedény legalább egy nyílásába helyezve a belső üreget a benne levő második töltőanyaggal együtt hermetikusan lezárjuk, és a hermetikusan lezárt mintaedényben a második töltőanyagot a szerkezeti fémmel átitatjuk, amivel a belső üregben a második töltőanyagot diszpergált állapotban tartalmazó olvadt anyagot készítünk, és végül (d) a hőmérsékletet a szerkezeti fém olvadáspontja alá csökkentjük, majd a szerkezeti fém megszilárdulása után az összetett szerkezetű kerámia testet kinyerjük.
4. 4. Az 1.—3- igénypontok bármelyike szerinti eljárás , azzal jellemezve, hogy a mintaedény létrehozásához első töltőanyagként alumínium-trioxidot és/vagy szilícium-karbidot, fém alapanyagként alumíniumot, második töltőanyagként szilícium-karbidot, míg szerkezeti fémként alumíniumot választunk.
5. 5· Az 1.—4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás , azzal jellemezve, hogy az oxidációs reakció• * ·

   - 70 termék anyagába az előmintának a belső üreget körbevevő részét ágyazzuk be.
6. 6. Az 1,—5· igénypontok bármelyike szerinti eljárás , azzal jellemezve, hogy a fém alapanyag és az előminta érintkeztetését az előminta permeábilis anyagában kialakított belső üregben hajtjuk végre.
7. 7. Az 1.—6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidációs reakcióból kimaradt fém alapanyagot a tömör szerkezeti fallal határolt térből megolvadt állapotban távolítjuk el.
8. 8. Az 1.—7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első töltőanyaghoz az oxidációs reakciótermék növekedését meghatározó gátló elemet rendelünk és a gátló elemmel a lényegében tömör fallal határolt mintaedény geometriájának legalább egy részét megadjuk.
9. 9. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mintaedény létrehozásához az alumínium fém alapanyag további mozgását megakadályozó, illetve jelentősen lelassító gátló elemet rendelünk, amellyel a lényegében tömör fallal határolt mintaedény legalább egy felületének alakját meghatározzuk.
10. 10. Az 1.—9· igénypontok bármelyike szerinti eljárás , azzal jellemezve, hogy a mintaedény készítéséhez a fém alapanyaggal megolvasztható összetevővel létrehozott permeábilis ágyazatot tartalmazó első töltőanyagot használunk, ahol a belső üreget az ágyazaton belül a fém alapanyaggal hozzuk létre, ahol a fém alapanyagot a • · • · ·· belső üreg falának alakjával konform külső felülettel képezzük ki, továbbá a konform külső felületi részt legalább részben az első töltőanyagba ágyazzuk, valamint a fém alapanyag és az előminta érintkeztetéséir úgy hajtjuk végre, hogy a belső üregben levő fém alapanyagot olvasztjuk meg a fém alapanyag olvadási hőmérsékletét meghaladó, de az oxidációs reakciótermék olvadási hőmérséklete alatt maradó hőmérséklet tartásával.
11. 11. Az 1.—9· igénypontok bármelyike szerinti eljárás , azzal jellemezve, hogy a mintaedény készítéséhez a fém alapanyaggal megolvasztható összetevővel létrehozott permeábilis ágyazatot tartalmazó első töltőanyagot használunk, a belső üreget az ágyazaton belül olyan tágulásra képes testtel hozzuk létre, amelynek külső felületét a belső üreg falának alakjával konform módon képezzük ki, majd a tágulásra képes testet az első töltőanyagból eltávolítjuk és helyébe a fém alapanyagot öntjük be, amivel a megolvadt fém alapanyag és a belső üreg fala között az érintkezést megteremtjük.
12. 12. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mintaedény készítéséhez a fém alapanyaggal megolvasztható összetevővel létrehozott permeábilis ágyazatot tartalmazó első töltőanyagot használunk, ahol a belső üreget az ágyazaton belül a fém alapanyaggal hozzuk létre, a fém alapanyagot a belső üreg alakjával konform külső felülettel képezzük ki. továbbá a konform külső felületi részt legalább részben az első töltőanyagba ágyazzuk, majd a fém alapanyag és az előminta érintkeztetését úgy hajtjuk végre.

    ···· ·· hogy a belső üregben levő fém alapanyagot olvasztjuk meg a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérséklet fenntartásával .
13. 13· A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mintaedény készítéséhez a fém alapanyaggal megolvasztható· összetevővel létrehozott permeábilis ágyazatot tartalmazó első töltőanyagot használunk, a belső üreget az ágyazaton belül olyan tágulásra képes testtel hozzuk létre, amelynek külső felületét a belső üreg alakjával konform alakkal képezzük ki, majd a tágulásra képes testet az első töltőanyagból eltávolítjuk és helyébe a fém alapanyagot olvasztott állapotban bejuttatjuk, amivel a megolvadt fém alapanyag és a belső üreg fala között az érintkezést megteremtjük.
14. 14. Az 1.—13· igénypontok bármelyike szerinti eljárás , azzal jellemezve, hogy az összetett szerkezetű kerámia testet a mintaedénytől való eltávolítással nyerjük ki.
15. 15· A 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eltávolítást a mintaedény összetörésével hajtjuk végre, amihez a megemelt hőmérsékletű mintaedényt hűtőfolyadékba merítjük.
16. 16. Az 1.—13· igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém szerkezeti fémet az olvadáspontja alá való hűtéskor a mintaedény lényegében tömör falának legalább egy részével érintkezésben tartjuk és ezzel a mintaedény legalább egy részét befogadó összetett szerkezetű kerámia testet állítunk elő.
17. 17. Az 1.—16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás , azzal jellemezve, hogy a mintaedény belső üregét az összetett szerkezetű kerámiaitest kívánt külső alakjával konform felülettel hozzuk létre.
18. 18. Az 1.—17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás , azzal jellemezve, hogy a második töltőanyagot szilárd halmazállapotú oxiddal, karbiddal, boriddal és/vagy nitriddel hozzuk létre.
19. 19· Az 1.—18. igénypontok bármelyike szerinti eljárás , azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként alumíniumot használunk.
20. 20. A 4. vagy 19· igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálőszert levegőként visszük az oxidációs reakcióba.
21. 21. A 18.—20. igénypontok bármelyike szerinti eljárás , azzal jellemezve, hogy az alumínium fém alapanyagot és a második töltőanyagot 700... 1000 °C tartományba eső hőmérsékleten hozzuk egymással érintkezésbe.
22. 22. A 4. vagy 21. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az alumínium fém alapanyagot és a második töltőanyagot 850... 950 °C tartományba eső hőmérsékleten hozzuk egymással érintkezésbe.
23. 23. Az 1.—22. igénypontok bármelyike szerinti eljárás , azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként alumíniumot, második töltőanyagként Na^O bevonattal ellátott szemcsézett szilícium-karbidot használunk.
24. 24. Az 1.—23. igénypontok bármelyike szerinti eljá• · * rés, azzal jellemezve, hogy a permeábilis anyagú előmintát a fém alapanyaggal, adott esetben legalább 79 tömeg% alumíniumot tartalmazó alumíniumötvözettel való érintkeztetés előtt belülről az oxidációs reakciótermék növekedésének egyenletességét javító adalékanyaggal, adott esetben fémes szilíciunmal vonjuk be, előnyösen 0,1... 2 mm vastag rétegben, míg kívülről gipszréteggel borítjuk be.
25. 25. Az 1.—24. igénypontok bármelyike szerinti eljárás , azzal jellemezve, hogy a permeábilis anyagú előminta belső üregét hő hatására elillanó, szobahőmérsékleten habos konzisztenciájú, ismert összetételű anyaggal képezzük ki.