HUT63132A - Process for producing self-carrying ceramic product of composite structure and self-carrying ceramic body of composite structure - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás összetett szerkezetű önhordó kerámia termék előállítására, amikoris kerámia anyag létehozására alkalmas legalább egy anyagot formázunk, majd a formázott anyagot megemelt hőmérséklet hatásának tesszük ki és ezzel belőle kerámia terméket alakítunk ki. A jelen találmány ezen kívül olyan összetett szerkezetű önhordó testre is vonatkozik, amelyet célszerűen a javasolt eljárással hozunk létre és amely összetett felépítésű kerámia mátrixszal van megvalósítva.

A találmány szerinti eljárással olyan összetett szerkezetű önhordó kerámia termék valósítható meg, amelynek bonyolult, járatos felépítését töltőanyagban létrehozott kerámia szerkezet biztosítja.

A kerámia anyagok a korszerű műszaki színvonalú termékek kifejlesztésében igen sokat ígérnek. A kerámia anyagok ugyanis a várakozások szerint alkalmasak lehetnek mindazon helyeken történő felhasználásra, ahol eddig elsősorban fémekre támaszkodtak.

A fémek előnyös tulajdonságait mutató kerámia anyagok kifejlesztésére számos próbálkozás történt. Ezek általában olyan összetett szerkezetek, ahol a kerámia fázist más anyagokkal egészítik ki. Ezzel a megoldással nem lehet azonban belső járatokkal, vékony hordozó falakkal felépülő termékeket létrehozni.

A találmány célja olyan eljárás kidolgozása, amellyel lehetővé válik akár vékonyfalú önhordó szerkezetek létrehozása is kerámia anyagból és a kerámia szerkezet egy előre meghatározott alakzat nagy hűségű, pontos méretekkel jellemez

- 3 hető inverz reprodukcióját jelenti.

A találmány alapja az a felismerés, hogy olvasztott fémet vele nedvesíthető töltőanyagból álló ággyal kapcsolatba hozva lehetővé válik önhordó szerkezetű kerámia anyag létrehozása, amely azonban az alapfelismerés szerint még nem képezhető ki nagy alakhűséggel. A megfelelően megválasztott fém alapanyagot ennél az eljárásnál gőz halmazállapotú oxidálószerrel hozzuk kapcsolatba, belőle oxidációs reakcióterméket hozunk létre és az oxidációs reakciótermék olyan rendszert képez a folyékony fém alapanyag részére, amelyen keresztül az lassan eredeti helyét elhagyhatja, az oxidálószerrel érintkezésbe kerülhet és így folyamatosan növekvő polikristályos szerkezeté kerámia test alakul ki. Az oxidációs reakciótermék krisztallitjai két-, de inkább háromdimenziós szerkezetet hoznak létre. Ha a folyamatot a fém alapanyag teljes mennyiségének elhasználása előtt állítjuk le, ezzel a módszerrel sűrű, gyakorlatilag pórusoktól, üregektől mentes anyagot nyerünk, amelyben a fémes összetevők akár szabályozott mennyiségben is megmaradhatnak. Ugyanígy a porozitások mennyisége is szabályozható; mind a porozitások, mind pedig a fémes zárványok összefüggő járatokat alkothatnak, vagy adott esetekben különálló szigetekként maradnak fenn. Az oxidációs reakciótermék keletkezési folyamatát megfelelő dópoló anyag alkalmazásával elő lehet segíteni. A dópoló anyag elhelyezhető a fém alapanyag felületén, de alkothatja annak ötvöző összetevőjét is. A tapasztalat szerint az alumínium különösen alkalmas fém alapanyag, amely levegővel, esetleg oxigénatmoszférában jól oxidálható.

Δ polikristályos kerámia anyag permeábilis szerkezetű töltőanyaggal felépített ágy átjáratásával is létrehozható. A töltőanyag különös előnye, hogy belőle egy vagy több üreggel kialakított testek formázhatok, amelyeket a fém alapanyag képes átjárni, szilárd kerámia szerkezetté alakítani, ha megfelelő oxidálószert alkalmazunk. Felismerésünk szerint ez az eljárás továbbfejleszthető azon a módon, hogy a töltőanyagot előre meghatározott bonyolult alakzattá formázzuk és a fém alapanyag oxidációs folyamatában a fém szállításának közegeként a töltőanyagot választjuk. A mérettartás pontossága már ilyen megoldásnál is jónak tűnik, de ez tovább javítható, ha olyan gátló anyagot alkalmazunk, amelyet a fém alapanyag nem tud megnedvesíteni, és amelyet az oxidációs reakciótermék növekedése során nem képes átjárni. Ezzel igen pontosan meghatározott felületű önhordó szerkezetű kerámia termékek készíthetők.

A felismerés alapján előkészíthetek töltőanyagból álló olyan ágyak, amelyekben az oxidálószer a folyékony fém alapanyaggal kapcsolatba kerülhet, kifejtheti oxidáló hatását és teret adhat az oxidációs reakciótermék növekedési folyamatának. A kapott kerámia termékeket az összetett, önhordó jellegű szerkezet mellett az integrális, nagy szilárdságú felépítés jellemez. A találmány feladata olyan eljárás létrehozása, amellyel vékonyfalú, több átmenő és/vagy hosszúkás járatokat tartalmazó testek készíthetők, és amely ennek megfelelően akár rendkívül agresszív fluid közegek szállítására is alkalmas.

A kitűzött feladat megoldásaként összetett szerke • ·

- 5 zetű önhordó kerámia termék előállítására szolgáló olyan eljárást dolgoztunk ki, amelynek során kerámia anyag létrehozására alkalmas legalább egy anyagot formázunk, majd a formázott anyagot megemelt hőmérséklet hatásának tesszük ki és ezzel belőle kerámia terméket alakítunk ki, és a találmány szerint a fém alapanyagot, mindenek előtt alumíniumtartalmú anyagot és a fém alapanyaggal oxidatív reakcióba lépni képes, adott esetben gőz vagy gáz halmazállapotú összetevőt is tartalmazó oxidálószert választunk, majd a formázással a fém alapanyagból legalább egy nyitott üreget tartalmazó, fallal határolt üreges testet készítünk, ahol a falban legalább egy átmenő nyílást képezünk ki, a falat felülete mentén az oxidálószert szerkezetében átengedő felépítésű, az oxidálószer és a fém alapanyag közötti reakcióban létrejövő oxidációs reakciótermékkel átjárható anyagból álló és a fém alapanyagnak a megemelt hőmérséklet hatására, valamint a hőtágulások eltérő volta miatt bekövetkező térfogatváltozásokat követni képes töltőanyaggal vesszük körül és az üreges testet a töltőanyagba ágyazzuk, a töltőanyagba ágyazott üreges testet a fém olvadáspontja és az oxidálószer hatására a fém alapanyagból kialakuló oxidációs reakciótermék olvadáspontja által határolt értéktartományba eső hőmérsékletre hevítjük, evvel belőle olvadéktestet hozunk létre, majd a hőmérsékletet a kijelölt határok közé eső értéken tartva a fém alapanyagot az oxidálószerrel reakcióba visszük és a reakcióval az oxidációs reakcióterméket létrehozzuk, az oxidációs reakciótermék legalább egy részét az olvadéktest és az

- 6 oxidálószer között, azokkal érintkezésben tartva a fém alapanyagot transzportfolyamatban fokozatosan az olvadéktestből az oxidációs reakcióterméken keresztül a töltőanyagba juttatjuk, az oxidációs reakcióterméket az oxidálószer és a már kialakult oxidációs reakciótermék határán növesztjük és ezzel a töltőanyagon belül axiális irányban egymással kapcsolódó, üreggel elválasztott falrészeket képezünk ki, majd a reakciót a töltőanyagnak az oxidációs reakciótermékkel való legalább részleges átjáratásával az axiális irányban egymástól elválasztott felületű falakat tartalmazó, az üreges testtel komplementer alakú, legalább két, egymással axiális irányban kapcsolódó járattal létrejött összetett szerkezetű önhordó kerámia test előállításáig folytatjuk és az összetett szerkezetű önhordó kerámia testet a töltőanyag esetlegesen visszamaradó feleslegétől elválasztjuk.

Ugyancsak a kitűzött feladat megoldására olyan öszszetett szerkezetű önhordó kerámia testet alakítottunk ki, amely a találmány szerint keresztmetszetileg egymással kapcsolódó, egymástól térközzel elválasztott falakat tartalmazó, központi furattal és a falak között, a falakkal meghatározott legalább egy longitudinális csatornával ellátott testként van kialakítva, ahol a falak között azokat megtámasztó csatlakoztató elemek vannak kiképezve, továbbá a falak és a csatlakoztató elemek legalább egy töltőanyagot befogadó polikristályos szerkezetű kerámia mátrixra épülően létrejött anyagból állnak, hogy a falak és a csatlakoztató elemek legalább egy töltőanyagból álló ágyban elrendezett

- 7 fém alapanyag alakjának a fém alapanyag és oxidálószer között a fém alapanyag megolvasztása után lezajló reakció révén, a megolvadt fém alapanyagnak transzportfolyant mát során a töltőanyag ágyába behatoló részével végbemenő oxidációs folyamattal biztosított inverz reprodukálása révén vannak kialakítva, továbbá a fém alapanyag eredeti helyéből eltávozott részének oxidációjával létrehozott polikristályos kerámia anyag tartalmazza a legalább egy töltőanyag részecskéit, valamint az oxidálószer és a fém alapanyag között lezajló, mindenek előtt oxidációs jellegű reakciók termékeit.

A javasolt eljárás egy előnyös foganatosítási módjában a töltőanyagban vagy annak határán a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó hőmérséklettartományban belsőleg önhordó jellegű támasztó zónát hozunk létre, amelyet a hőtágulásokat követni képes szerkezettel alakítunk ki.

A fém alapanyagból célszerűen hengeres alakú, átmenő longitudinális irányú furattal ellátott testet képezünk ki. A test falában előnyösen legalább egy nyílást töltőanyaggal töltünk ki, amely eltérhet az üreges test beágyazásához használt töltőanyagtól.

Célszerűen az üreges testet több egymással bordaszerű elemekkel összekötött falból álló testként hozzuk létre, ahol a falak központi járatot és azzal párhuzamos külső járatokat határoznak meg.

A fém alapanyagot célszerűen, az oxidatív reakció feltételeinek javítása céljából, dópoló anyaggal egészítjük ki. Az oxidálószer gőz halmazállapotú, vagy célszerűen

- 8 legalább egy gőz, illetve gáz halmazállapotú összetevőt tartalmaz. Ilyen összetevő az oxigén vagy nitrogén, legelőnyösebben a levegő. Az oxidálószer szilárd halmazállapotú összetevőjét általában a folyamat hőmérsékletén redukálható vegyületként választjuk meg, de alkalmas anyag a szén, a bór-trioxid, stb. A töltőanyagot célszerűen egy vagy több fém egyszeres vagy többszörös oxidjáből hozzuk létre, például alumínium, cérium, titán, szilícium, alkalmas ritkaföldfém vagy más fém oxidjából. A fém alapanyag alumíniumon kívül több más fém is lehet,mint szilícium, titán, ón, cirkónium vagy hafnium.

Az oxidatív reakció feltételeinek befolyásolására különösen célszerű gátló anyagréteg felvitele a fém alapanyag felületére és/vagy a töltőanyagba.

A találmány szerinti eljárással előállított, illetve a találmány által javasolt összetett szerkezetű önhordó kerámia termék bonyolult térbeli alakzatok pontos követését biztosítja.

A találmány további ismertetése során alkalmazott néhány fogalom értelmezése a következő:

A kerámia test vagy kerámia anyag fogalma a jelen találmány értelmezésében egyáltalában nem korlátozható a klasszikus értelemben vett kerámia anyagokra, amelyek lényegében teljes térfogatukban nemfémes és más szervetlen összetevőkből állnak. A találmány szerint előállított és alkalmazott kerámia anyag, illetve test olyan szerkezetű, hogy legfontosabb, domináns jellemzőit, és/vagy összetételét tekintve lényegében a kerámia testre emlékeztet, de kisebb

- 9 vagy akár nagyobb mennyiségekben, különálló szigetekben vagy járatokban tartalmazhat egy vagy több fémes összetevőt, valamint összekötött járatokat vagy egymástól elválasztott üregeket alkotó porozitást. A fém összetevők megjelenése, illetve a porozitás kialakulása a fém alapanyag, oxidálószer esetleg dópoló anyag jelenlétének, esetleges beadagolásának következménye; a térfogatban részarányuk 1 ... 40 tf%, de lehet nagyobb is.

Az oxidációs reakciótermék fogalma a találmány értelmében fém(ek) egy vagy több oxidálószerrel való érintkeztetésének eredményét jelöli, ahol a fémet más elemnek vagy vegyületnek, illetve azok valamilyen kombinációjának elektront leadni vagy azzal elektront megosztani képes összetevőnek tekintjük. Ennek megfelelően a definícióval értelmezett oxidációs reakciótermék egy vagy több fém és valamilyen, a leírásban kifejtett feltételeket teljesítő oxidáló hatású anyag között kialakult reakció eredménye.

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

A fém alapanyag olyan viszonylag tiszta vagy nagy tisztaságú fémes tulajdonságú, általában a kereskedelmi forgalomban beszerezhető anyag, amely a fémes összetevőket a szokásos szennyezésekkel, adott esetben ötvöző • ♦ ·

- 10 anyagokkal, ötvöző vegyületekkel és intermetallikus vegyületekkel együtt tartalmazza. Ha a leírás fém alapanyagként egy meghatározott fémet, például alumíniumot említ, akkor a találmány a fenti tisztasági feltételeknek megfelelő fémre (például alumíniumra) vonatkozik, hacsak a leírás ezzel kapcsolatban más feltételeket nem említ.

A hengeres fal vagy hengeres fallal ellátott test olyan testet jelent a jelen találmány értelmezésében, amelynek keresztmetszete nem feltétlenül kör alakú. A találmány szempontjából fontos, hogy a hengeres fal olyan falat jelent, amely a test hossza mentén általában zárt vonallal jellemezhető keresztmetszetet vesz fel. Ennek megfelelően a keresztmetszet lehet kör, ellipszis, háromszög, négyzet, téglalap, sokszög (ötszög, nyolcszög, stb.) alakú, de nyilvánvalóan más zárt vonalak is elképzelhetőek. A fal felülete nem feltétlenül sima és síkszerű, lehetnek rajta hullámosságok, bemélyedések, récék, stb., amelyek a felületet szabályos vagy szabálytalan formában egyenetlenné teszik.

A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti foganatosítási módok, illetve kiviteli alakok kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

1. ábra transzverzális furatokkal ellátott falra épülő hengeres járatként kialakított fém alapanyagból álló test oldalnézete, a

2. ábra az 1. ábra szerinti test 2-2 vonal menti metszete a töltőanyag feltüntetésével, a • · ·

3. ábra a fém alapanyag formázásának egy másik lehetősége, a

4. ábra a 3. ábra szerinti formázott fém alapanyag előlnézete a töltőanyag feltüntetésével, az

5. ábra az 1. ábra szerinti alakra hozott fém alap- anyag és szemcsézett töltőanyag együttesének hosszirányú keresztmetszete a tűzálló anyagú edényben történő elrendezés feltüntetésével, a

6. ábra az 5. ábrán bemutatott formázott fém alap- anyagban létrehozott egy rés kinagyított keresztmetszete a töltőanyagban létrehozott támasztó zóna feltüntetésével, a

7. ábra az 1. ábrán bemutatott formázott fém alapanyag- ból álló test felhasználásával kapott összetett szerkezetű önhordó kerámia termék oldalnézete, a

8. ábra a 7. ábrán bemutatott összetett szerkezetű önhordó kerámia test hátulnézete, a

9. ábra fém alapanyagból koncentrikusan elrendezett hengeres járatokat tartalmazó alakban készített forma hátulnézete, ahol a járatok a hengeres falakon átmenő furatokkal vannak összekötve, a

10. ábra a találmány szerinti eljárás felhasználásával, a 9. ábrán bemutatott test feldolgozásával készült összetett szerkezetű önhordó kerámia test egy nézete, a

11. ábra fém alapanyagból formázással készült minta keresztmetszete a találmány szerinti eljárás

egy másik foganatosítási módjához, míg a

12.ábra a 11. ábrán bemutatott minta felhasználásával előállított összetett szerkezetű önhordó kerámia test egy nézete.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során fém alapanyagból, mindenek előtt alumíniumból hengeres alakú, üregeket tartalmazó testet készítünk, ahol az üreget egymással szemközti longitudinális falak határozzák meg. Az üregnek általában van egy belső és egy külső fala. A fal vastagságát a fém alapanyag formázásával határozzuk meg, amellyel a végtermékben kialakuló falak közötti nyílás nagysága befolyásolható. A fal mentén töltőanyagot helyezünk el, amely általában a fal teljes felületét fedi, de adott esetben csak egy részét borítja. A töltőanyagot úgy választjuk, hogy az az oxidálószerrel szemben permeábilis legyen, ha az oxidálószer gőz vagy gáz halmazállapotú, illetve ilyen összetevőt tartalmaz, de mindenképpen szerkezetében engedje oxidációs reakciótermék kifejlődését. További feltétel, hogy a töltőanyag a felmelegítés során bekövetkező jelentős hőmérsékletváltozások hatását eltűrje, azaz a töltőanyag ágyát és a fém alapanyagot a melegítés során jellemző, és különösen a fém alapanyag megolvadásakor bekövetkező térfogatváltozások a töltőanyagot ne tegyék tönkre. A töltőanyagot célszerűen úgy hozzuk létre, hogy az az üreg falai mentén és a külső fal külső felületén bizonyos mértékig önhordó szerkezetű legyen, a fém alapanyag megolvadásához szükséges hőmérsékletet túllépve szerkezetét megtartsa, tehát megfelelő kohéziójú legyen ahhoz, hogy a következőkben

- 13 ismertetett oxidációs folyamat során alakját megőrizve biztosítsa a fém alapanyag migrációjának, vándorlásának feltételeit.

A töltőanyaggal érintkező fém alapanyagot ezt követően olvadáspontját meghaladó, de a választott oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletre hevítjük. Hőmérsékletét az említett két határral kijelölt hőmérséklettartományban tartjuk és ezzel a megolvadt fémet, amely olvadéktestet alkot, az oxidálószerrel reakcióba visszük. Az oxidálószerrel létrejött oxidációs reakcióterméknek legalább egy része is ennek megfelelően ezen a hőmérsékleten van. Mivel az olvadéktesttel az oxidációs reakciótermék érintkezik, a fém alapanyag fokozatosan elhagyja eredeti helyét, az oxidációs reakciótermék térfogatán keresztül elvándorol és az oxidálószer, valamint a már létrejött oxidációs reakciótermék határfelületén az oxidálószerrel reakcióba lép és az oxidációs reakciótermék tömegét növeli. Ezt a folyamatot fenntartva elérhető, hogy az oxidációs reakciótermék a belé behatolt fém alapanyaggal együtt fokozatosan átjárja a töltőanyagot, a töltőanyag ágyában a rendelkezésére álló teret kitöltse és így hengeres falakból álló szerkezet jön létre, amelyben járatok, csatornák vannak. Ez utóbbiak a fém alapanyag által eredetileg elfoglalt helyeken alakulnak ki és így központi járattal, illetve egy vagy több oldalcsator nával jellemzett test készíthető. Az oxidációs reakciótermék a töltőanyag ágyába két oldalról hatol be, a fém alapanyag átalakulás révén olyan kerámia jellegű mátrixszerkezet

- 14 keletkezik, amely inverz módon reprodukálja a fém alapanyagból formázott üreges testet, benne átmenő járatok vannak. Ezek a járatok, mint említettük, a fém alapanyag helyzetét mutatják.

A fenti módon előállított összetett szerkezetű önhordó kerámia testet ezt követően a töltőanyag feleslegétől elválasztjuk, majd a kinyert testet további megmunkálás nélkül is folyadék, fluid közeg továbbítására alkalmas alkatrészként használhatjuk. Ebben a falak központi járatot határoznak meg, a falak maguk axiális irányban kapcsolatban vannak és a létrejött szerkezetben biztosítható a falak koaxiális összekapcsolása mellett a lényegében koncentrikus felépítés.

A találmány értelmében felhasználhatók olyan eszközök is, amelyek biztosítják, hogy az oxidációs reakció során a falak ne omoljanak össze, egymás közötti távolságuk megmaradjon. A falak megtámasztására a kerámia test alkotóelemeként egy vagy több bordaszerű elemet készítünk, amelyeknek a fém alapanyagban nyílás felel meg. Ezeket a nyílásokat töltőanyaggal kitöltjük. A megmunkálás során az oxidációs reakciótermék a nyílásokba kerülő töltőanyagot is átjárja, ezzel létrehozva a bordaszerű kötőelemeket. A fém alapanyagból álló több hengert tartalmazó minta esetében nem feltétlenül van szükség átmenő nyílások létrehozására, az összetartás a kapott kerámia termék esetében más módon is biztosítható. Ezzel olyan önhordó termék keletkezik, amelyben a hengereket összetartó elemek már a készítés folyamatában a mátrix alkotójaként jönnek létre.

·* ·

- 15 A találmány szerinti eljárás foganatosítása során, mint már említettük, a fém alapanyagot formázzuk. Belőle így olyan, például öntőmintához hasonló testet hozunk létre, amelyben legalább egy tengelyirányú furat, üreg, csatorna vagy hasonló járat van. Ez utóbbi legalább egyik végén nyitott. A fém alapanyagból álló üreges testet ezt követően inverz módon replikáijuk egymással ellenkező irányba haladva, aminek eredményeként összetett szerkezetű önhordó kerámia termék jön létre. Ezt a terméket az egymástól térben elválasztott, de egymással összekötött falak jelenléte jellemzi, ahol a falak keresztmetszete zárt vonalat alkot. Ennek megfelelően a találmány szerinti eljárással egyetlen műveletben lehet egymástól elválasztott hengeres elemeket tartalmazó terméket előállítani. Az inverz replikálás az adott esetben azt jelenti, hogy a terméket alkotó falak közötti tér a szomszédos kerámia falak egymással szembeni felülete által van meghatározva és ezek a falak lényegében a fém alapanyag eredeti anyagával kongruens alakzatot öltenek. Ha tehát a fém alapanyag mint minta hengeres járattal van kialakítva, keresztmetszete kör alakú, az elkészült kerámia termékben a falak közötti teret a hengeres fal vastagságát meghatározó szélesség jellemzi, keresztmetszetében kör alakú és így a minta eredeti geometriáját negatív módon replikáija.

A fém alapanyagból az üreges testet tetszés szerinti eljárással készíthetjük el, amely alkalmas a legalább egy nyitott üreggel vagy furattal ellátott test elkészítésére. Ez az üreg vagy furat a fém alapanyag, például hengeres cső belső járatát jelenti. Ennek megfelelően a hossztengelye

mentén nyílással, furattal kialakított csőszerű testek alkalmas kiindulási terméket jelenthetnek a találmány szerinti eljárás foganatosításához. Ezeket a testeket megmunkálással, öntéssel, fröccsöntéssel vagy más módon lehet elkészíteni. A fém alapanyagba szükség szerint bemélyedéseket, nyílásokat vágunk, lehetséges rajta kiemelkedések, gallérok létrehozása, vagyis olyan alakzatot hozhatunk létre, amely hordozóelemet tartalmaz az összetett szerkezetű önhordó kerámia test számára. A fém alapanyag keresztmetszete a kívánságnak megfelelő zárt vonalat alkot, például kört vagy sokszöget, mint már erről szó volt. A fém alapanyag alakjától függetlenül a minta, üreges test falát töltőanyaggal hozzuk kapcsolatba. Ez a töltőanyag a belső falfelületet és a külső falfelületet is körbeveszi, célszerűen a teljes falfelületen, amivel lényegében egyenletes keresztmetszetű járat hozható létre. Az üreget célszerűen olyan alakítható töltőanyaggal töltjük ki, amelyet aztán egy másik töltőanyag ágyába helyezünk és ezt a másik töltőanyagot hőmérséklet hatásának ellenálló edény vagy csónak belső terében rendezzük el. A két töltőanyag összetételét, szemcsézettségét, tisztaságát és struktúráját tekintve lehet azonos vagy kisebb, esetleg nagyobb mértékben eltérő. Az így létrehozott alakzat a töltőanyag ágyán belül alakos üreget képez és ezt az alakos üreget a töltőanyag tömegében is elfoglalja. Amikor a fém alapanyagot eredeti helyén megolvasztjuk és az oxidációs folyamatba visszük, az az általa eredetileg kitöltött teret elhagyja és így egymással kapcsolódó kerámia falak jönnek létre, mégpedig zárt alakzatot képező keresztmetszettel,

- 17 amikoris a fal úgy képződik, hogy a töltőanyagot a fém alapanyag ellenkező irányokban átjárja és az eredeti fém alapanyagnak megfelelő, vele lényegében kongruens alakban a létrejövő összetett szerkezetű önhordó kerámia testben határfelületek alakulnak ki. A fém alapanyagból álló minta falvastagsága így a késztermék falai közötti tér szélességét fogja jelenteni. A kapott összetett szerkezetű kerámia termék ezért lényegében az eredeti fém alapanyag geometriai konfigurációját mutatja, figyelembe véve a hőtágulásból és a megolvadásból adódó térfogatváltozásokat. Ennek megfelelően a találmány szerinti eljárással pontosan meghatározott geometriájű kerámia termék fém alapanyag megmunkálása révén készíthető, vagyis nincs szükség kerámia anyag nehézkes és munkaigényes megmunkálására.

A továbbiakban a találmány szerinti eljárást mindenek előtt alumíniumra való hivatkozással írjuk le. Ez azonban nem jelenti, hogy az csak az alumínium alapján valósítható meg. Számos egyéb fém, közöttük a szilícium, titán, ón, cirkónium vagy hafnium alkalmas a találmány szerinti eljárás foganatosítására.

Az eljárás foganatosítása során a fém alapanyagból álló üreges testet és a töltőanyagokat oxidáló környezetben hevítjük fel. A hevítéssel a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az adott oxidálószerrel létrejövő oxidációs reakciótermék olvadáspontja alatt maradó hőmérsékletet biztosítunk. Az említett tartományba eső hőmérséklettel a fém alapanyag megolvasztható, belőle olvadéktest keletkezik. Az oxidálószerrel érintkezésbe jutó megolvadt fém • ·

- 18 reakcióba lép vele és így az oxidációs reakciótermék egy kiindulási rétege keletkezik. Az oxidáló környezet hatására, az említett tartományba eső hőmérséklet fenntartása mellett a megolvadt fém alapanyag fokozatosan beáramlik az oxidációs reakciótermék már kialakult rétegébe, azon áthalad és így az oxidálószerrel érintkezésbe kerül, behatol a töltőanyag ágyába. Az oxidálószerrel érintkezésben kialakul az oxidációs reakciótermék újabb része. Az oxidációs reakcióterméknek legalább egy részét a megolvadt fém alapanyaggal és az oxidálószerrel érintkezésben tartjuk, aminek következményeként az oxidációs reakciótermék polikristályos szerkezetű anyagként fejlődik ki a töltőanyag ágyában. A polikristályos anyag átjárja a töltőanyagot és annak részecskéit magába ágyazza. A polikristályos szerkezet növekedése az oxidációs reakciónak kedvező feltételek fenntartásáig folyik, hacsak a fém alapanyag előzőleg nem oxidálódik teljesen.

A találmány értelmében az oxidatív reakciót addig folytatjuk, amíg a fém alapanyag kívánt mértékben át nem járja a töltőanyagból álló ágyat. Az eredményül kapott összetett szerkezetű önhordó kerámia test tartalmazza a kerámia mátrixszal átjárt töltőanyagot, ahol a kerámia mátrix a polikristályos oxidációs reakciótermékből épül fel, a fém alapanyag egy vagy több oxidálatlan összetevőjét, a folyékony vagy szilárd oxidálószer redukciójával keletkezett anyagot, esetleg dópoló összetevőket tartalmaz, ami mellett lehetségesek a pórusok is. A találmány szerinti eljárással előállított polikristályos kerámia mátrixok esetében az oxidációs reakciótermék krisztallitjai egymással ··· · · • · · 4 4 4

- 19 síkban és/vagy térben kapcsolódnak, a belső térben létrejövő pórusok vagy ott visszamaradó fémzárványok szintén kapcsolódhatnak egymással. Ha az oxidatív reakciót a fém alapanyag mennyiségének elfogyasztása előtt leállítjuk, viszonylag sűrű és lényegében pórusoktól mentes kerámia testet lehet előállítani. Ha viszont a folyamatot a fém alapanyag mennyiségének teljes elhasználásáig, esetleg azon túl is folytatjuk, tehát a folyamat feltételei között a fém alapanyagot gyakorlatilag teljes mértékben oxidáljuk, az összetett szerkezetű önhordó kerámia testben pórusok maradnak vissza, mégpedig azokon a helyeken, ahol előzőleg tiszta fémes összetevők voltak. A végeredményként kapott összetett szerkezetű önhordó kerámia termék axiálisan kapcsolódó, egymástól térben elválasztott hengeres falakat tartalmaz, amelyek az eredeti fém alakzat geometriai konfigurációját inverz módon egymással ellentétes irányban replikáiják. A kerámia termék alakja általában figyelembe veszi a fém alapanyag hevítésekor létrejövő térfogatváltozásokat, továbbá a hűtési folyamat által okozott összehúzódást. Egy célszerű kialakítási módnál a falak egymással koaxiálisán kapcsolódnak, a kerámia termékben fluid közeg továbbítására alkalmas központi csatorna van, amely mellett koncentrikusan egy vagy több további csatorna van kialakítva. Az így létrejött termék például hőcserélőként használható.

A találmány tárgyát a továbbiakban a rajzzal kapcsolat bán mutatjuk be. Az 1. és 2. ábra tanúsága szerint fém alapanyagból 10 üreges testet hozunk létre, amely általában henger alakú, tehát csőszerű. Ennek 12 fala 14 középső

- 20 nyílást határoz meg. A 12 fal az 1. ábra szerint csőszerű járatot alkot, amelynek oldalfalán 16 átmenő nyílások vannak. Ezek a 12 falban lyukakat képeznek. A 3. és 4. ábra szerint a 10 üreges test 12 falában 18 hosszúkás bevágások is kialakíthatók, amelyek lényegében a 10 üreges test teljes falfelületén végig húzódnak. A 16 átmenő nyílások és a 18 hosszúkás bevágások 20 töltőanyaggal vannak kitöltve, mint az a 2. és a 4. ábrán látható. A 20 első töltőanyaggal azonos, vagy attól eltérő felépítésű 22 töltőanyag van a 14 középső nyílás belső terében elrendezve. Ha ez kívánatos, a henger belső falát meghatározott vastagságú ágyként létrehozott belső béléssel is elláthatjuk, aminek segítségével a 14 középső nyílás egy részét töltjük csak ki, míg a töltőanyag belső határfelületét olyan gátló elemmel vagy anyagréteggel poritjuk, amelyről a későbbiekben még szó lesz, és amely alkalmas az oxidációs reakciótermék növekedésének késleltetésére. Ha tehát a 14 középső nyílás hossza az átmérőhöz képest nagy, előfordulhat, hogy a gáz halmazállapotú oxidálószer nem képes vagy csak nagyon nehezen tud a töltőanyag ágyába az oxidációs folyamat során behatolni és így a töltőanyag laza szerkezetűvé válik. Ilyen esetekben célszerű a töltőanyagot a fém alapanyag zónájában folyékony vagy szilárd halmazállapotú oxidálószerrel kiegészíteni. A 20 első és a 22 második töltőanyag célszerűen szinterelhető vagy egymással kötődő részecskékből áll, esetleg kötőanyagot tartalmaz, amint erről még a későbbiekben szó lesz. A fém alapanyagot ilyenkor a 6. ábra szerinti 21 szaggatott vonallal jelölt határig oxidálószerben gazdagabb töltőanyaggal vesszük • ·

- 21 körül. Az ilyen megemelt alakszilárdságű töltőanyag zónája általában nem öleli fel a töltőanyag egészét, de nincs akadálya annak, hogy a töltőanyag teljes szerkezetében többé-kevésbé alaktartó legyen. Ezt az alaktartást maga a töltőanyag is biztosíthatja, de szükség esetén a töltőanyag összetevői közé a folyamat feltételei között alaktartást biztosító anyag keverhető. Mint az 5. ábrán példaként látható, a 10 üreges test két végén 23 gátló anyagréteg van (erre a továbbiakban még visszatérünk), és a fém alapanyag 24 szemcsézett töltőanyag ágyába van merítve, ahol a 24 szemcsézett töltőanyag 25 tűzálló anyagú edényben, például alumínium-trioxidból álló csónakban van elrendezve. A 20 első, a 22 második és a 24 szemcsézett töltőanyag összetételét, tisztaságát vagy típusát tekintve kívánság szerint lehet azonos vagy eltérő.

Amikor az 5. ábrán bemutatott összeállítást elegendően nagy hőmérsékletre hevítjük ahhoz, hogy a fém alapanyag megolvadjon, az olvasztott fém alapanyagot oxidálószerrel hozzuk kapcsolatba. Általában a töltőanyagot átjárni képes gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószert használunk, amely a megolvadt fém alapanyaggal, érintkezésbe kerülve az utóbbit oxidálja, így az oxidációs reakciótermék létrejön és a 20 első, a 22 második és a 24 szemcsézett töltőanyag kívánt vastagságú rétegét átjárja. A 23 gátló anyagréteg feladata az oxidációs reakciótermék kifejlődésének megakadályozása a fém alapanyag zárófelületén. Ha a fém alapanyag alumínium és oxidálószerként levegőt használunk, az oxidációs reakció a 690 ... 1450 °C, legelőnyösebben a 900 ... 1350 °C hőmérsék

- 22 lettartományban zajlik le. A kapott oxidációs reakciótermék lényegében az alumíniumtrioxid alfa módosulata. A megolvadt fém az oxidációs reakciótermék kialakuló rétegén keresztül vándorol a 10 üreges test által elfoglalt eredeti térfogatból kiindulva és így ezen a területen kisebb nyomású térrész alakulhat ki, ha az oxidációs reakciótermék növekvő rétegét a környező atmoszféra nem tudja átjárni, tehát az oxidációs reakciótermék önhordó jellegű rétegére nyomás hat. A 20 első, a 22 második és a 24 szemcsézett töltőanyagok, vagy ezek tartó zónái egy meghatározott hőmérsékleten felül azonban célszerűen önhordó szerkezetet alkotnak, mégpedig az olvadáspont feletti, de az oxidációs reakciótermék keletkezési hőmérséklete alatti értékeken. így tehát a hevítés során a 20 első, a 22 második és a 24 szemcsézett töltőanyagokból álló ágyak szinterelődnek vagy más módon összekapcsolódnak és így a növekvő oxidációs reakciótermékkel szemben olyan réteget képeznek, amelyek a kívánt szilárdságot az oxidációs folyamat során biztosítják. így a töltőanyagból álló ágyakban a nyomáskülönbségek nem okozhatnak károsodást, a hengeres falak a kívánság szerinti helyeken jönnek létre, a 10 üreqes test fémtartalmának felhasználása révén. Ha a töltőanyagokat olyan anyagból hozzuk létre, amelyek összetömörödése, kötése a hevítés előtt vagy annak kezdeti szakaszában már bekövetkezett, a felmelegedő fém alapanyag megolvasztása során képes lehet a töltőanyag már megkötött részét összetörni vagy károsítani. Ezért célszerű olyan kialakítás, amikor a töltőanyag csak egy kis része tartalmazza a szinterelhető vagy önmagát megkötő részt, amint az a

6. ábrán a 21 szaggatott vonallal látható. Ez a vonal a szinterelő vagy megkötő összetevőt tartalmazó rész határát mutatja. A reakció folytatódása során a 20 első, a 22 második és a 24 szemcsézett töltőanyagnak előzőleg a 10 üreges test által kitöltött üregében üres tér marad vissza, mégpedig a megolvadt fém alapanyagnak az oxidációs reakcióterméken át történő elvándorlása miatt, amikoris a fém alapanyag az oxidációs reakciótermék külső felületére áramlik és ott az oxidálószerrel reakcióba lép. Az így keletkezett oxidációs reakciótermék polikristályos kerámia anyagot tartalmaz, amely a fém alapanyag kiindulási összetevőiből álló zárványokat tartalmazhat, de ezekben a zárványokban jelen lehetnek a dópoló anyagok, a szilárd és/vagy folyékony halmazállapotú oxidálószerek redukált összetevői, ha ezek kiválását a folyamat feltételei, az alkalmazott anyagok elősegítik. A 10 üreges test által eredetileg elfoglalt tér kiürülése és a reakció befejeződése után az így kapott kerámia terméket hagyjuk lehűlni, majd az összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket a töltőanyagból kinyerjük és így a 7. és 8. ábrán bemutatott 26 összetett szerkezetű terméket kapjuk.

A találmány szerinti eljárás segítségével kapott összetett szerkezetű termékben koncentrikusan 28 belső henger és 30 külső henger helyezkedik el, amelyek 29 központi járatot és ezt körbevevő 31 oldalsó járatot (járatokat) határoznak meg. A 28 belső és a 30 külső hengert egymástól radiálisán elhelyezkedő 32 bordák választják el (8. ábra), amelyek biztosítják, hogy a két henger állandó jelleggel

- 24 egymástól azonos távolságra legyen. A 32 bordák vagy hasonló kötőelemek a 26 összetett szerkezetű termékkel egyidejűleg jönnek létre, az eljárás végrehajtása révén. Ha a 26 összetett szerkezetű terméken a töltőanyagnak feleslege marad vissza, azt általában egyszerű eszközökkel, például rázással, homokfúvással kisebb mértékű lecsiszolással el lehet távolítani. A legalkalmasabb eljárásnak az tűnik, ha homokfúvást alkalmazunk, amikoris a töltőanyaggal azonos anyagi minőségű részecskékből álló anyagárammal távolítjuk el a töltőanyag feleslegét. Az is célszerű megoldás, ha a homokfúvást olyan anyaggal hajtjuk végre, amely a töltőanyag valamely összetevője és így a letisztítással kapott anyag újból felhasználható egy további termék előállítása során töltőanyagként. Még akkor is, ha a töltőanyag az előállítási folyamatban összetömörödik, az így kapott viszonylag jó alaktartású test szilárdsága általában sokkal kisebb, mint a 26 összetett szerkezetű termék szilárdsága és ezért a töltőanyag feleslegét könnyen el lehet távolítani, a nagyobb sebességgel áramló homokáram sem képes a 26 összetett szerkezetű termék felületét lényegesen lerontani. Az így kapott összetett szerkezetű önhordó kerámia elemeket ezt követően csiszolással vagy más anyagmegmunkálási eljárással bármilyen kívánt alakra hozhatjuk, ha az előállítás során létrejött alakzat valamilyen oknál fogva nem felel meg.

Az előzőek alapján nyilvánvaló, hogy a fém alapanyagból készült 10 üreges test, amelynek 12 fala például csövet alkot, a találmány szerinti eljárás foganatosítása során két koncentrikus hengert eredményez, például a 28 belső

- 25 és a 30 külső hengert. Ez azért lehetséges, mert az oxidatív reakció feltételei között a kerámia mátrix a fém alapanyagból kiindulva két irányban növekszik, mégpedig (a) a fém alapanyag felületéből kiindulva a belső üreg felé és (b) a fém alapanyag külső falfelszínéről kiindulva a töltőanyagba behatolva, amikoris a befelé hatoló részből a 28 belső henger, a kifelé behatoló részből a 30 külső henger jön létre. A furatok helyén a 32 bordákat kapjuk.

A fém alapanyag megfelelő formázásával elérhető, hogy kettőnél több hengert tartalmazó kerámia testet állítsunk elő. így a 9. ábrán látható 36 fém alapanyagból álló testet két koncentrikus henger alakjában hoztuk létre. A test 38 belső és 40 külső koncentrikus hengert tartalmaz, amelyekben 42 belső és 44 külső átmenő nyílások vannak kiképezve. A 38 belső koncentrikus henger és a 40 külső koncentrikus henger közé 45 longitudinális bordákat helyezünk el, amelyek anyaga célszerűen alumínium-trioxid alapú kerámia, mégpedig a találmány szerinti, vagy ahhoz hasonló eljárással előállítva. Ezt követően az így kapott testet alkalmas töltőanyag ágyába helyezzük és a töltőanyag ágyát az 5. ábrán bemutatott elrendezéshez hasonlóan tűzálló anyagú edényben hozzuk létre. A töltőanyagot a 38 belső koncentrikus henger belső nyílásába, a két henger közötti térbe, a 40 külső koncentrikus henger külső fala mentén, valamint a 42 belső és a 44 külső átmenő nyílásokba helyezzük el. Az oxidációs reakció folyamata során a 38 belső koncentrikus henger falából kiindulva az oxidációs reakciótermék egymással ellentétes irányokban fejlődik ki és így 46 belső és 48 külső kerámia fal keletkezik.

Ezek koncentrikusan kapcsolódnak egymással és térbeli kapcsolatukat 50 összekötő bordák biztosítják (10. ábra), ahol az 50 összekötő bordák a 42 belső átmenő nyílásba behatoló fém alapanyagokból az oxidációs reakció következtében keletkező elemeket jelentik. Hasonló módon a 40 külső koncentrikus henger falából két irányban indulva két hengeres test jön létre, mégpedig az 52 belső koncentrikus fal és az 54 külső koncentrikus fal, amelyek egymáshoz képest koncentrikusan helyezkednek el és közöttük a kapcsolatot egy vagy több 55 összekötő fal biztosítja. Ez utóbbiak szintén az oxidációs reakció termékei, mégpedig a 44 külső átmenő nyílást átjáró fém alapanyag és a töltőanyag összekapcsolódásából származnak. A kerámia falak növekedése során létrejövő oxidációs reakciótermék a 45 longitudinális bordákat befogadják és így ezek a bordák a helyükön maradnak, biztosítják a 48 külső kerámia fal és az 52 belső koncentrikus fal alátámasztását. Az eljárás révén kapott összetett szerkezetű kerámia termékben 51 központi átmenő járat van és az ezt határoló falakon kívül vele koncentrikusan 53, 57 és 59 koncentrikus átmenő járatok vannak.

A találmány szerinti eljárás egy még további foganatosítási módjánál a 11. ábra szerint 60 fém alapanyagból álló testet hozunk létre, amelynek alakja olyan, hogy a testet az 5. ábra szerint a 25 tűzálló anyagú edényben felhalmozott 24 szemcsézett töltőanyagba ágyazva 61 belső hengeres test jön létre, amelyet 62 külső hengeres test vesz körül, célszerűen koncentrikusan, és mind a kettő a fém alapanyagból van kiképezve. A 61 belső hengeres testben több 64 keresztirányú furat van kiképezve. A 62 külső hengeres testet külső felületén 66 gátló anyagréteggel vesszük körül, amely alkalmas arra, hogy az oxidációs reakciótermék növekedésének folyamatát fékezze, esetleg leállítsa vagy lelassítsa. Erre a továbbiakban még visszatérünk. Az előzőekben felsorolt foganatosítási módokhoz hasonlóan ennél a megoldásnál is a 62 külső és a 61 belső hengeres test közötti térbe megfelelő töltőanyagot helyezünk, amelyet a 64 keresztirányú furatokba is beviszünk. Természetesen töltőanyag kerül a belső és külső térbe is. Az oxidációs reakció lefolytatásával a 61 belső hengeres test alapján egymással szemközti irányokban növekedve 68 belső és 70 középső koncentrikus fal alakul ki. Ezeket a falakat koncentrikus elrendezésben 72 összekötő bordák tartják meg, amelyek a távtartó elemek funkcióját is ellátják. A 72 összekötő bordák a 64 keresztirányú furatba behatoló megolvadt fém alapanyag oxidációs reakciója során alakulnak ki. A 66 gátló anyagréteg feladata ez esetben az, hogy a 62 külső hengeres testből kiindulva az oxidációs reakciótermék kifelé ne növekedhessen, illetve a kifelé történő növekedése csak korlátos legyen. így a 62 külső hengeres testből csak egy hengeres fal alakul ki, mégpedig 74 összetett szerkezetű külső kerámia fal, amely a fém alapanyag oxidációs reakciójának terméke és a töltőanyag részecskéit tartalmazza. A 61 belső és a 62 külső hengeres testek között a 9. és 10. ábrákkal kapcsolatban leírtakhoz hasonlóan 76 rúd alakú bordát helyezhetünk el, amelyek anyaga megfelelően választott kerámia. Ez általában szintén a találmányihoz hasonló eljárással készült • ·

- 28 elem. A végeredményben kapott összetett szerkezetű kerámia test 78 központi átmenő járatot tartalmaz, és a 78 központi átmenő járat falain túl 80 és 82 koncentrikus átmenő járatok vannak. Ennek megfelelően a találmány szerinti eljárással olyan összetett szerkezetű önhordó kerámia test állítható elő, amely két vagy több hengeres falat tartalmaz és a fém alapanyag kialakításával, gátló anyagréteg felvitelével az üregek, a falak száma befolyásolható.

Ha megfelelő töltőanyagot választunk és az oxidációs reakció feltételeit, illetve a szükséges hőmérsékletet elegendően hosszú ideig tartjuk fenn ahhoz, hogy a fém alapanyagot a belőle készült minta által elfoglalt helyből teljes mértékben eltávolítsuk, akkor a fém alapanyag által induláskor elfoglalt helyen üres tér válik, vagyis a fém alapanyag inverz replikálása következik be a folyamat során, így nyílások, furatok, falak hozhatók létre. A rajzon viszonylag egyszerű alakzatokat mutatunk be, amelyeknél az átmenő járatok szintén egyszerű térbeli kialakítást mutatnak. Nyilvánvaló azonban, hogy a találmány szerinti eljárás az ábrákon bemutatott elrendezéseknél sokkal bonyolultabb alakzatok inverz replikálására is alkalmas.

A fém alapanyagból készült minta felületét jól követő és a találmány szerinti eljárás foganatosításában alkalmazható töltőanyag széles körből választható. A töltőanyaggal szemben feltételként azt kell állítani, hogy az a fém alapanyagból készült minta szoros körbefogására alkalmas legyen, felvegye a fém alapanyagból álló minta alakját, így például töltőanyagként jól használhatók a tűzálló fém- 29 oxidok finomszemcsés frakciói. Ilyenkor a fém alapanyag a töltőanyaggal kitöltött tér egy részét elfoglalja, a töltőanyagban folyamatossági hiányt képez. A töltőanyag azonban nem feltétlenül szemcsés anyag, lehet szálakból, huzalokból vagy hasonló elemekből összetevődő képződmény is. Két vagy több komponens vagy geometriai konfiguráció heterogén és homogén keverékeként szintén előállítható, például finomcszemcsés frakcióból és szálakból áll. A töltőanyag fizikai konfigurációjával szemben feltétel azonban, hogy azt a fém alapanyag átjárhassa, és ennek megfelelően a töltőanyagnak a fém alapanyag felületéhez szorosan, konform módon kell illeszkednie. A fém alapanyagra a minta szót azért használhatjuk, mert a találmány szerinti eljárással készített összetett szerkezetű termék végeredményben a minta geometriai alakjának negatívját képezi. A minta kezdetben az alkalmazott alakítható töltőanyagban olyan teret foglal el, amelyet a későbbiekben a kapott termékben üres tér alkot. A töltőanyagok között szerepelnek az oxidok, karbidok, nitridek és boridők, különösen az alumínium-trioxid, a cirkónium-dioxid, a titán-borid, a szilícium-karbid, az alumínium-trinitrid és a titán-nitrid. Ez a lista messze nem teljes, hiszen a binér, a termiér vagy magasabb rendű fémoxidok illetve fémoxid-vegyületek mint a spinellek szintén jól használhatók. Ez utóbbiak közül például a magnézium-aluminát-spinell emelhető ki.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során alkalmazott töltőanyagokkal szemben további feltétel, hogy a találmány szerinti eljárásban szükséges oxidatív jellegű

- 30 reakció feltételei között, ha gáz vagy gőz halmazállapotú oxidálószert használunk, az oxidálószer mozgását megengedjék.

A töltőanyagnak ezen túlmenően az oxidációs reakciótermék növekedésével, kifejlesztésével szemben ellenállást mutatnia nem szabad, a folyamat során permeábilisnak kell maradnia.

Az oxidációs reakció során a fém alapanyag az oxidációs reakcióterméken keresztül vándorol és így a reakció feltételei fennmaradnak. A környező atmoszférával szemben maga az oxidációs reakciótermék nem áteresztő és ennek megfelelően a kemence atmoszférája nem tud rajta áthatolni. A növekvő oxidációs reakcióterméknek ez a gázzáró felépítése olyan nyomáskülönbséget okozhat, hogy a kemence atmoszférikus feltételei között az oxidációs reakciótermék integritása veszélybe kerülhet. Ennek oka az, hogy az oxidációs reakciótermék keletkezési folyamatában a fém alapanyag helyén üreg marad vissza. Ezt a problémát úgy lehet megoldani, hogy a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az oxidációs reakció hőmérséklete alatt maradó hőmérséklettartományban részben szinterelődő vagy önmagával valamilyen más módon összekötődő töltőanyagot használunk, amikoris az oxidációs reakciótermék növekvő rétege elegendő szerkezeti szilárdságot mutat a növekvő üreg határfelületén és így a fém alapanyag alakjának megfelelő geometriai alakzat jön létre legalábbis addig, amíg az oxidációs reakciótermék struktúrája megfelelően vastag lesz ahhoz, hogy önhordó szerkezetű legyen, azaz a növekvő oxidációs reakciótermékből keletkező fal két oldalán létrejövő nyomáskülönbség az alakzatot ne tehesse tönkre. Követelmény azonban, hogy a töltőanyag összetömörödése,

- 31 megkötése, szinterelése ne következzék be túlságosan alacsony hőmérsékleten, mert ellenkező esetben azt a fém alapanyag melegítése során bekövetkező hőtágulás, a megolvadt fém alapanyag erőteljes károsító hatása széttörné. Más szavakkal, az egymással összetapadni képes részecskékből álló töltőanyagot úgy kell kialakítani, hogy az oxidációs reakcióhoz szükséges hőmérséklet elérése során végrehajtott melegítés hatására szerkezete ne menjen tönkre, a töltőanyag elegendően nagy mechanikai szilárdságot biztosítson azonban a megolvadt fémből keletkező üreg számára, amikor az oxidációs reakciótermék ezt az üreget meghatározóan képződik. A jelen találmány szerinti eljárás foganatosítása során általában ez a probléma megkerülhető, mivel az összetett szerkezetű önhordó kerámia termékben az esetek többségében nincsen olyan nyílás, üreg, amelyet az oxidációs reakciótermék növekedése során minden oldalról lezárna. Ha azonban gátló anyagréteget használunk, az esetleg a környezet számára áthatolhatatlan és ebben az esetben előfordulhat, hogy a gátló anyagréteg miatt a gázok nem tudnak a kialakuló üregbe behatolni, ezért a növekvő oxidációs reakciótermék által képzett falak két oldalán nyomáskülönbség alakul ki. Ezekben az esetekben az egymáshoz tapadó részecskékből álló töltőanyag biztosíthatja az oxidációs reakciótermék keletkezésének kezdeti időszakában a szükséges mechanikai szilárdságot. A növekvő oxidációs reakciótermék egy bizonyos vastagságú réteg elérése után már önhordó jellegű.

Itt és az igénypontokban a találmány szerinti eljárás foganatosításához szükséges töltőanyag jellemzésére a részecs

- 32 kék öntapadását úgy értelmezzük, hogy a töltőanyag képes a fém alapanyag felületét pontosan követni, részecskéinek mozgása követi a fém alapanyag térfogatváltozásait egészen a megolvadásig, a hőtágulási tényezők különbségéből adódó térfogatváltozásokat a töltőanyag kiegyenlíti és legalábbis az olvadáspont alatti hőmérsékleteken a minta szoros körbevevését biztosítja. Követelmény az is, hogy a töltőanyag részecskéi csak az olvadáspontot meghaladó, de az oxidációs reakció lefolytatásához szükséges alatt maradó hőmérséklettartományban tapadjanak egymáshoz és biztosítsák az alaktartást. Ha a töltőanyagot ilyen értelemben vett egymáshoz tapadó részecskékkel alakítjuk ki, ezzel biztosítjuk, hogy a töltőanyag elegendően nagy kohéziós erővel rendelkezzék a fém alapanyag feldolgozása során, a fém alapanyag migrációja miatt létrejövő üregeket határoló falak a külső és belső térben kialakuló nyomások különbségének hatására ne omoljanak össze.

Általában nincs szükség arra, hogy a töltőanyag teljes térfogatában alakítható, a fentieknek megfelelő tulajdonságú legyen. Célszerű azonban, ha az egész tömegét ilyen anyagból hozzuk létre. Az alakíthatóság és/vagy az öntapadó jelleg csak a töltőanyagból álló ágynak arra a tartományára kell, hogy vonatkozzék, amely a fém alapanyagból álló minta szomszédságában van és amelyet a megolvadó fém alapanyag átjárhat. Más szavakkal, a töltőanyagnak csak olyan mélységig kell alakíthatónak és/vagy öntapadó jellegűnek lennie, hogy együttműködve a fém alapanyaggal lehetővé váljon a fém alapanyag feldolgozása, illetve öntapadó

jelleg esetén a szükséges mechanikai szilárdság biztosítása az oxidációs reakciótermék kialakulása során. A töltőanyag ágyában ezen túlmenően más, nem feltétlenül alakítható vagy öntapadó jellegű töltőanyagot használhatunk.

A töltőanyaggal szemben mindenesetre, azt a követelményt lehet állítani, hogy annak nem szabad ügy szinterelődnie, megolvadnia vagy reakcióba lépnie, hogy ennek eredményeként olyan impermeábilis jellegű tömeg alakuljon ki, amelyet az oxidációs reakciótermék nem képes átjárni, vagy amelyen, ha szükséges, a gáz vagy gőz halmazállapotú oxidálószer nem képes áthatolni. A töltőanyagnak ezen túlmenően elegendő mértékben alakíthatónak kell lennie ahhoz, hogy felfogja a fém alapanyag és a töltőanyag között a hevítés során a különböző hőtágulási tényezők miatt létrejövő térfogatváltozásokat, valamint a megolvadáskor a fém alapanyag környezetében szükséges térfogatváltozásokat, de egyúttal a töltőanyagnak meg kell őriznie a szoros kapcsolatát a fém alapanyag felületével.

Érdemes kiemelni, hogy a töltőanyaggal szemben a fentiekben felsorolt követelmények, tehát az alakithatóság, permeabilitás és az öntapadó jelleg a töltőanyag egészére jellemző tulajdonságoknak kell, hogy legyenek, ami nem zárja ki, hogy a töltőanyag egy-egy összetevője nem tesz eleget valamely ilyen jellegű követelménynek. Ez például abban fejeződhet ki, hogy a töltőanyagnak van olyan anyagból, keverékből vagy szemcsékből álló összetevője, amely a többi anyagtól szemcseeloszlását, összetételét tekintve eltér. Adott esetben a töltőanyag néhány összetevője lehet ···

- 34 olyan is, amely az oxidációs reakció hőmérsékletéhez közeli értéktartományban nem képes öntapadásra vagy szinterelődésre, de egyidejűleg az ilyen összetevővel felépített töltőanyag egészére jellemző az öntapadás tulajdonsága, illetve a szinterelhetőség. A töltőanyagokat széles körből lehet választani, ezek alkalmasak arra, hogy a kapott összetett szerkezetű önhordó kerámia test egy-egy tulajdonságát a kívánt kedvező irányba befolyásoljuk. Ilyenkor is természetesen összességében permeábilis, alakítható és öntapadó jellegű töltőanyagot használunk. A kapott anyagok az oxidációs reakciótermék keletkezésének hőmérséklete alatt nem szinterelődnek, illetve tapadásuk nem következik be és így a töltőanyag a fém alapanyag hőmérsékletének változásával járó térfogatváltozásokat képes fölvenni. Ilyenkor is követelményként állítható, hogy a töltőanyag részecskéi-

nek összetapadása vagy szinterelődése csak a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de az oxidációs reakció hőmérséklete alatt maradó, esetleg ahhoz egész közel eső hőmérsékletek tartományában következzék be. így végeredményben olyan mechanikai szilárdság biztosítható, amely alkalmas a létrejövő üreg összeomlásának megakadályozására a kerámia termék keletkezésének kezdeti szakaszában, amikor a keletkező fal két oldalán uralkodó viszonylag nagy nyomáskülönbség esetleg károsodást okozhat.

A reakció lefolytatásához a különösen előnyösnek tekintett gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószeren kívül alkalmas lehet a szilárd vagy folyékony halmazállapotú oxidálószer is. A különböző halmazállapotú oxidálószerek

- 35 • · · · ··· · · · • · « · · · · ·· · · «· ·

keverékben szintén használhatók. Nem teljes listája az oxidálószereknek a következő: oxigén, nitrogén, halogénelem, kén, foszfor, arzén, szén, bór, szelén, tellur, ezek vegyületei és keverékei, mint például a szilícium-dioxid (ez kiváló oxigénforrás), metán, etán, propán, acetilén, etilén és propilén (mint szén forrásai), továbbá keverékek, mint levegő, l^/HjO és CO/CC^, illetve ez utóbbi kettő (tehát l^/HzO és CO/CO2) keveréke, amelyek különösen alkalmasak a környezet oxigénaktivitásának csökkentésére. Ennek megfelelően a találmány szerinti eljárással előállított kerámia testben lehetséges, hogy egy vagy több oxid, nitrid, karbid, borid és oxinitrid van, mint oxidációs reakciótermék, jeln. Alumínium mint fém alapanyag alkalmazása esetén tehát az oxidációs reakciótermék lehet az alumínium oxidja, nitridje, karbidja, boridja, míg szilícium esetében a borid, titánnál a nitrid, borid, stb. Általában megállapítható, hogy az oxidációs termékek a nitridek, boridok, karbidok, szilicidek és az oxidok. A folyamat molibdénből kiindulva molibdén-szilicid oxidációs reakciótermékkel is megvalósítható.

A találmány szerinti eljárás foganatosításakor általában gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószert használunk. Ez azonban nem jelenti, hogy adott esetben nem lehet célszerű folyékony vagy szilárd halmazállapotú oxidálószer alkalmazása. Ha a töltőanyagot átnövő kerámia szerkezet létrehozásához az oxidáló anyagot gáz vagy gőz szolgáltatja, a töltőanyagot olyan szerkezetűnek kell kialakítani, hogy ágya a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószert átengedje, az lényegében akadálymentesen kerüljön az olvasztott fémmel kapcsolatba.

• ->

A gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer olyan gőzt vagy normál állapotban gáz alakú anyagot jelent, amely célszerűen atmoszférikus nyomáson oxidáló környezet létrehozására képes. így például a gáz halmazállapotú oxidálószerek közül mindenekelőtt az oxigén és az oxigén tartalmú gázok alkalmazása a legcélszerűbb (ideértve a levegőt), és ha a fém alapanyag alumínium, a kerámia terméket alumínium-oxidból kell előállítani, akkor nyilvánvaló gazdasági meggondolások miatt a levegő a legkedvezőbb oxidálószer. Ha az oxidálószert úgy azonosítjuk, hogy az egy megadott gázt vagy gőzt tartalmaz, esetleg ebből az anyagból áll, ez annyit jelent, hogy a megadott gőz vagy gáz a reakció feltételei között az oxidálószerben a kizárólagos, a túlnyomó vagy legalábbis a nagyobb részt alkotó oxidáló összetevő, amely az oxidációs reakció feltételei között a fém alapanyag oxidálását biztosítja. így például a levegő általában nitrogéntartalmú gáznak minősül, hiszen nitrogéntartalma sokkal nagyobb, mint benne az oxigén mennyisége, mégis a levegőt a találmány vonatkozásában oxigéntartalmú gáznak tekintjük, mivel a fém alapanyag oxidációs reakciójának lefolytatásánál levegő alkalmazása esetében a hatás mindenekelőtt az oxigén jelenlété nek köszönhető. Ennek megfelelően a levegő ez esetben az oxigéntartalmú gáz kategóriájába esik, a nitrogéntartalmú gázok között a jelen találmány értelmében oxidálószerként nem említhető meg. A nitrogéntartalmú gáz, mint oxidálószer példája lehet a 96 tf% nitrogént és a 4 tf⁵» hidrogént tartalmazó formázó gáz.

Szilárd oxidálószer alkalmazása esetén ezt általában

a töltőanyag ágyában eloszlatjuk, vagy a fém alapanyag környezetében a töltőanyag adott részében kikeverten használjuk, amikoris szemcsés anyagként a töltőanyag részecskéivel keveredik, vagy esetleg a szemcsés töltőanyag részecskéin létrehozott bevonatként van jelen. A szilárd oxidálószerek között vannak elemek, mint a bőr vagy a szén, de találhatók redukálható vegyületek, mint a szilícium-dioxid vagy azok a boridok, amelyek termodinamikai stabilitása kisebb, mint a fém alapanyag és a borid reakciójával létrejövő terméké. így például alumínium fém alapanyag mellett bőrt vagy redukálható bórvegyületet oxidálószerként alkalmazva a létrejövő oxidációs reakciótermék az alumínium-borid.

Bizonyos feltételek között a szilárd oxidálószer jelenlétében lezajló oxidációs reakció olyan intenzív módon folyhat le, hogy az oxidációs reakciótermék a folyamat exoterm jellege miatt esetleg megolvad. Ez erőteljesen károsíthatja az előállított kerámia struktúra finomszerkezeti homogenitását. Az exoterm reakció gyors lefutását elkerülhetjük, a folyamatot szükség szerint lelassíthatjuk, ha a töltőanyagba viszonylagosan semleges összetevőket keverünk, amelyeket a kis reakcióképesség jellemez. A semlegesnek tekinthető töltőanyagok példái között szerepelnek azok, amelyek az adott oxidációs reakcióban reakciótermékként nyerhetők.

A folyékony oxidálószerek alkalmazása esetén a töltőanyag tömegének egészét vagy célszerűen csak egy részét, mégpedig a megolvasztott fém alapanyag környezetében, impregnáljuk, mégpedig a töltőanyag átitatásával vagy részecskéinek

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

Mint már említettük, a töltőanyag alkotóelemei között lehet olyan kötő vagy szinterelő összetevő, amely képes adott esetben a töltőanyag kívánt szilárdságát, összetartását biztosítani, ha erre a nyomáskülönbségek miatt szükség van, tehát amikor a megolvadt fém alapanyag fokozatosan kiürül eredeti helyéből és helyén üreg marad vissza. Ezt az összetevőt a töltőanyag tömegének egészében vagy csak egy meghatározott zónájában is el lehet oszlatni. Erre a célra általában a fémorganikus vegyületeket használjuk, amelyek az oxidációs reakció feltételei között, tehát a találmány szerinti eljárással képezni kívánt oxidációs reakciótermék előállítása során legalábbis részben lebomlanak és a töltőanyag részecskéit összekapcsolva biztosítják a kívánt mechanikai szilárdságot. A kötőanyagnak nem szabad « ·

- 39 az oxidációs reakciótermék keletkezési folyamatát negatív módon befolyásolnia, nem maradhatnak utána olyan melléktermékek, amelyek a kerámia anyag tulajdonságait lerontanák. Az erre a célra alkalmazott kötőanyagok egyébként önmagukban véve jól ismertek, példaként említhetjük a tetraetil-ortoszilikátot, amely szintén fémorganikus vegyület. Ez az oxidációs folyamat viszonylag nagy hőmérsékletén szilícium-dioxidként marad vissza, amely nedvesíti a töltőanyag részecskéit és biztosítja az összetartást.

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

A fém alapanyaggal együtt alkalmazott dópoló anyag, illetve dópoló anyagok bevitelének lehetőségei a következők:

(1) a fém alapanyag ötvöző anyagát adják, (2) a fém alapanyag felületének legalább egy részét borítják, (3) a töltőanyag vagy előminta egészében vagy annak egy részében vannak eloszlatva. Ezek a lehetőségek egymást kiegészítőleg is alkalmazhatók. így célszerűnek bizonyult az a megoldás, hogy a dópoló anyagot ötvöző összetevőként bevisszük a fém alapanyagba és egyúttal a töltőanyagba egy vagy több dópoló anyagot keverünk. Ezekkel együtt lehetséges a fém alapanyag felületének egy részére is megfelelő dópoló anyag felvitele.

Alumíniumot mint fém alapanyagot és levegőt mint oxidálószert használva a leghasznosabbnak a magnézium, a cink és a szilícium alkalmazása bizonyult. Ezek a dópoló anyagok együttesen vagy bármilyen kombinációban egymással, illetve további dópoló anyagokkal együtt használhatók.

Az alumíniumba ezeket a dópoló fémeket vagy alkalmas forrásukat ötvözetként vihetjük be és általában részarányuk az ötvözött anyaghoz viszonyítva 0,1 ... 10 t%. A dópoló anyagok, vagy alkalmas forrásaik, mint az oxidok (MgO, ZnO vagy SÍO2) a fém alapanyagba kívülről is bevihetők. Alumínium-oxid alapú kerámia struktúrát állítottunk elő például alumínium-szilícium ötvözetből oxidálószerként levegőt használva és ekkor a felületre az oxidálandó fém alapanyag minden g-jára számítva legalább 0,0008 g magnézium2

-oxidot vittünk fel, ami a felületre számítva cm -énként mintegy 0,003 g-ot jelentett.

Alumínium fém alapanyag tulajdonságainak javítására hatékonyak olyan dópoló anyagok, mint a nátrium, germánium, ón, ólom, lítium, kalcium, bőr, foszfor és ittrium, ha az oxidációs reakció közege oxigén vagy levegő. Ezek a fémek külön-külön és egyéb dópoló anyagokkal keverve használhatók, alkalmazásuk során célszerűen az oxidációs reakció feltételeit vesszük figyelembe. Ugyancsak hasznosnak bizonyul41 tak egyes ritkaföldfémek, mint a cérium, lantén, prazeodínium, neodímium és a szamárium, amelyek különösen egyéb dópoló anyagokkal együtt fejtenek ki előnyös hatást. Az említett dópoló anyagok az alumíniumra épülő kerámia szerkezetek polikristályos felépítésű oxidációs reakciótermékként való előállításakor a folyamatot jelentősen meg tudják gyorsítani, és ezzel azt nagyon előnyösen befolyásolják.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során célszerű lehet gátló anyagréteg alkalmazása, amely a töltőanyagban elhelyezve képes olyan határfelületet meghatározni, amelyet növekedési folyamata során az oxidációs reakciótermék nem vagy csak jelentéktelen mértékben lép túl, mivel képes az oxidációs reakciótermék növekedési folyamatát leállítani vagy jelentősen lelassítani. Gátló anyagrétegként minden olyan anyag (vegyület), szerkezet, összeállítás, együttes, stb. használható, amely a találmány szerinti eljárás foganatosításához szükséges feltételek között integritását legalábbis korlátos mértékben megtartja, nem illékony, a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószert átengedi, de egyúttal alkalmas az oxidációs reakciótermék növekedésének megállítására, helyi késleltetésére, lassítására az oxidációs folyamatot reakcióméregként képes befolyásolni, azaz tetszőleges mechanizmus révén az oxidációs reakciótermék növekedését korlátozni, megállítani tudja. Ilyet mutat például az 5. ábra, ahol a gátló anyagréteg a fém alapanyagból álló cső két végére kerül és megakadályozza az oxidációs reakcióterméknek ezen a rétegen való átnövését. Az alkalmas anyagok között említhetjük a kalcium-szulfátot

- 42 (alabástromgipszet), a kalcium-szilikátot, a portlandcementet, ezek keverékeit, amelyek különösen alumínium fém alapanyag és oxigéntartalmú gáz, például levegő mint oxidálószer reakciója esetében biztosítják a gátló anyagréteg funkciójának megbízható ellátását. Előnyük, hogy pasztaként vagy folyadékkal készült szuszpenzióként vihetők fel a töltőanyag felületére vagy belőlük a megfelelő réteg jól kialakítható. A gátló anyagréteg létrehozásához célszerű lehet éghető vagy illékony anyagok felhasználása is, amelyek hő hatására lebomlanak, eltávoznak és maguk után a gátló elemben pórusokat hagynak.

A gátló anyagréteg célszerűen olyan szemcsés tűzálló készítményből is előállítható, amelynek részecskéi megakadályozzák, hogy az oxidációs reakció feltételei között a gátló anyagréteg túlságosan megrepedezzen, nagyobb térfogatváltozáson menjen át. Kívánatos, hogy tűzállóa nyag alkalmazása esetén a gátló anyagrétegbe kevert szemcséi a töltőanyagból készült ágyra jellemzővel azonos hőtágulási tényezőt biztosítsanak, így például a töltőanyagot alumínium-trioxidból előkészítve és alumínium fém alapanyagot használva, amikoris a levegő jelenléte miatt alumínium-trioxid krisztallitokkal felépülő kerámia szerkezetet hozunk létre, a gátló anyagréteg a

... 1000 mesh szemcsézettségi tartományba eső alumínium-trioxid részecskéket t artalmaz. A gátló anyagrétegek más kedvező megvalósítási lehetőségeit jelentik a fémes tokozások, a tűzálló anyagú kerámia szerkezetek vagy a fémes ernyők, ahol a fém általában rozsdamentes acél. Ezek a szerkezetek egyik végükön nyitottak, itt lehetővé teszik a gőz vagy gáz halmazállapotú oxidálószer számára a beható lást a töltőanyag ágyába, vagyis az oxidációs reakciónak a szerkezeten belüli lefolytatását nem akadályozzák. A rozsdamentes acél vagy a nikkel, esetleg króm alkalmazásának további előnye, hogy az így kialakított gátló anyagréteg egyrészt tokozást jelent, de adott esetben egy további fém bevitelét is elősegítheti a kerámia termék szerkezetébe. Ilyenkor a termékbe vas, nikkel, vagy króm is bekerül.

A találmány tárgyát a továbbiakban példákon mutatjuk be még részletesebben.

1. PÉLDA

Kör keresztmetszetű cső felhasználásával a 2. ábrán bemutatotthoz hasonló felépítésű csőszerű összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket hoztunk létre, amely két koncentrikus, egymással kapcsolatban álló kerámia csőből állt. A termék hossza 25,4, külső átmérője 25,4 mm volt, a hengeres fal vastagsága mintegy 3 mm volt és egymáshoz képest 90°-kal eltolva négy tartóbordát hoztunk létre, amelyek a fém alapanyagban kialakított 3 mm átmérőjű nyílás helyén jöttek létre. A fém alapanyag a Belmont Metalls cég 380.1 jelű alumínium ötvözete volt, amely a gyártómű szerint 8 ... 8,5 t% szilíciumot, 2 ... 3 t% cinket és 0,1 t% magnéziumot, mint aktív dópoló összetevőt, továbbá 3,5 t% rezet, vasat, mangánt és nikkelt tartalmazott; az elvégzett vizsgálatok szerint a magnéziumtartalom egyes mintáknál a 0,17 ... 0,18 t% arányt is elérte. A fém alapanyagból álló hengeres test belső és külső falfelületeit, valamint a benne kialakított keresztirányú nyílások falfelületeit mintegy 0,02 ... 0,2 mm vastagságban finomszemcsés szilíciumporral kentük be. Ez a szilícium az Atlantié Equipment Engineers (Bergenfield, New Jersey) cég terméke volt. A fém alapanyag belső terébe szilícium-karbidot töltöttünk, mégpedig a Norton Co. 39 Crystollon jelű termékét, amelyet 24 órán keresztül 1250 °C hőmérsékleten hevítettünk. A mintát ezt követően szilícium-karbid töltőanyag ágyába helyeztük és az ágyat tűzálló anyagú edényben hoztuk létre. Az együttest 900 °C hőmérsékletre hevítettük és levegő jelenlétében 24 órán keresztül tartottuk ezen a hőmérsékleten. A tűzálló anyagú edény összesen 35 órán keresztül volt a kemence belső terében, mégpedig 6 órás felfűtési és 5 órás lehűtési időszakot is felszámítva.

Az így kapott összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket átvágtuk és feltártuk, hogy két egymáshoz képest koncentrikusan elhelyezett hengeres falat tartalmazott, amelyek a 9. ábra szerinti termékhez hasonlóan bordaszerű elemekkel voltak összekapcsolva. A külső henger átmérője nagyjából 15 mm volt, vastagsága 2,5 mm. A hengeres falak között mintegy 8,2 mm távolság volt. A külső henger külső átmérője 26 mm volt, falvastagsága pedig 2,5 mm.

A kapott összetett szerkezetű önhordó kerámia terméket ezt követően röntgendiffrakciós vizsgálatnak és optikai mikroszkópos megtekintésnek vetettük alá. Megállapítottuk, hogy az összetett szerkezetben alumínium-trioxid alapú mátrix fogadta be a töltőanyag szilícium-karbid részecskéit.

2. PÉLDA

Az 1. példa szerinti eljárást ismételtük meg, de azzal a különbséggel, hogy 70 t% T64 jelű alumínium-trioxidból

- 45 (az Alcoa cég -325 mesh szemcsézettségű termékéből) és t% EPK jelű kaolinból (a Feldspar Corp., Edgár, Florida, cég termékéből) álló töltőanyagot használtunk, majd a tűzálló anyagú edényt és a benne levő termékeket 1000 °C hőmérsékletre hevítettük, ezt a hőmérsékletet 40 órán keresztül levegőben fenntartottuk. Az eljárás segítségével koncentrikusan elhelyezkedő hengeres falakból álló terméket kaptunk, ahol a hengerek közötti kapcsolatot a 9. ábra szerinti módon bordák biztosították. A belső hengeres fal vastagsága mintegy 3 mm volt, külső átmérője pedig 17 mm. A külső hengeres fal vastagsága szintén 3 mm körülinek mutatkozott, míg a külső átmérő 27 mm volt. A két hengeres fal egymástól mintegy 3 mm távolságban helyezkedett el.

3. PÉLDA

A 2. példa szerinti eljárást ismételtük meg, de azzal a különbséggel, hogy a töltőanyag ágyát alumínium-trioxidból hoztuk létre (az Alcoa cég A17 jelű, -325 mesh szemcsézettségű termékéből). Az így kapott összeállítást ugyancsak 1000 °C hőmérsékletre hevítettük és ezt a reakcióhőmérsékletet 40 órán keresztül levegőn fenntartottuk.

A felfűtés 5 órát, a lehűtés 5 órát vett igénybe. Az eljárással két egymással koncentrikus hengeres falból álló terméket kaptunk, ahol a falakat bordák kötötték össze. A külső hengeres fal átmérője 38 mm volt, míg vastagságára mintegy

2,5 mm adódott. A belső hengeres elem vastagsága ugyancsak

2,5 mm körüli volt, míg külső átmérője 27 mm. A hengeres falak közötti távolság mintegy 3 mm-re adódott.

4. PÉLDA

Az 1. példa kapcsán specifikált 380.1 jelű alumíniumból álló hengeres csőből 25,4 mm hosszú szakaszt vágtunk le és azt teljes egészében kordieritbe ágyaztuk. A kordieritet tűzálló anyagú edényben rendeztük el, míg az alumínium ötvözet a 2. ábra szerinti alakot öltötte. A mintegy 25,4 mm vastag hengeres cső külső átmérője szintén 25,4 mm volt, falvastagsága 3 mm, amelyben 3 mm átmérőjű keresztirányú furatokat készítettünk. A hengeres elem teljes belső térfogatát és a nyílásokat kordierit töltőanyaggal töltöttük ki. A tűzálló anyagú edényben létrehozott együttest ezt követően levegőben 1000 °C hőmérsékletre hevítettük és ezt a hőmérsékletet 40 órán keresztül tartottuk. A kemencében az együttes 50 órán át volt, beszámítva az 5 órás felmelegítési és 5 órás hűtési időt. A kerámia termék két koncentrikus hengeres falú részből állt, amelyeket bordák kötöttek össze. A falak igen egyenletes felületűeknek mutatkoztak.

A külső hengeres elem külső átmérője nagyjából 27 mm volt, a falvastagság mintegy 1,7 mm. A belső hengeres fal vastagsága szintén mintegy 1,7 mm volt, külső átmérőjére pedig 17 mm adódott. A két hengeres elem közötti távolság mintegy 3 mm volt.

A fentiekben ismertetett példakénti foganatosítási módok és kiviteli alakok azt bizonyítják, hogy a jelen találmány számos különböző, bonyolult felépítésű alakzat létrehozását teszi lehetővé.

Claims (28)

1. Eljárás összetett szerkezetű önhordó kerámia termék előállítására, amikoris kerámia anyag létehozására alkalmas legalább egy anyagot formázunk, majd a formázott anyagot megemelt hőmérséklet hatásának tesszük ki és ezzel belőle kerámia terméket alakítunk ki, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagot és a fém alapanyaggal oxidatív reakcióba lépni képes oxidálószert választunk, majd

a) a formázással a fém alapanyagból legalább egy nyitott üreget tartalmazó, fallal határolt üreges testet készítünk, ahol a falban legalább egy átmenő nyílást képezünk ki,

b) a falat felülete mentén (1) az oxidálószert szerkezetében átengedő felépítésű, az oxidálószer és a fém alapanyag közötti reakcióban létrejövő oxidációs reakciótermékkel átjárható anyagból álló és (2) a fém alapanyagnak a megemelt hőmérséklet hatására, valamint a hőtágulások eltérő volta miatt bekövetkező térfogatváltozásait követni képes töltőanyaggal vesszük körül és az üreges testet a töltőanyagba ágyazzuk,

c) a töltőanyagba ágyazott üreges testet a fém olvadáspontja és az oxidálószer hatására a fém alapanyagból kialakuló oxidációs reakciótermék olvadáspontja által határolt értéktartományba eső hőmérsékletre hevítjük, evvel belőle olvadéktestet hozunk létre, majd a hőmérsékletet a kijelölt határok közé eső értéken tartva (1) a fém alapanyagot az oxidálószerrel reakcióba viszszük és a reakcióval az oxidációs reakcióterméket létrehozzuk, (2) az oxidációs reakciótermék legalább egy részét az olvadéktest és az oxidálószer között, azokkal érintkezésben tartva a fém alapanyagot transzportfolyamatban fokozatosan az olvadéktestből az oxidációs reakcióterméken keresztül a töltőanyagba juttatjuk, az oxidációs reakcióterméket az oxidálószer és a már kialakult oxidációs reakciótermék határán növesztjük és ezzel a töltőanyagon belül axiális irányban egymással kapcsolódó, üreggel elválasztott falrészeket képezünk ki, majd (3) a reakciót a töltőanyagnak az oxidációs reakciótermékkel való legalább részleges átjáratásával az axiális irányban egymástól elválasztott felületű falakat tartalmazó, az üreges testtel komplementer alakú, legalább két, egymással axiális irányban kapcsolódó járattal létrejött összetett szerkezetű önhordó kerámia test előállításáig folytatjuk és

d) az összetett szerkezetű önhordó kerámia testet a töltőanyag esetlegesen visszamaradó feleslegétől elválasztjuk.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyagban vagy annak határán a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó hőmérséklettartományban belsőleg önhordó jellegű támasztó zónát hozunk létre, amelyet a hőtágulásokat követni képes szerkezettel alakítunk ki.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagból hengeres alakot formázunk és üregként benne longitudinális furatot képezünk ki.

4. Az 1.—3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagból álló test falában legalább egy nyílást hozunk létre és ezt a nyílást a töltőanyaggal kitöltjük.

5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidációs reakciótermék növesztése során a töltőanyagot a nyílásban az oxidációs reakciótermékkel átjáratjuk és ennek segítségével az egymástól elválasztott falakkal anyagában csatlakozó támasztó elemet alakítunk ki.

6. A 3.-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hengeres alakú fém alapanyagból egymással koncentrikus falakat tartalmazó üreges testet formázunk.

7. Az 1.—6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagból álló üreges testet formázás előtt vagy alatt dópoló anyaggal egészítjük ki.

8. Az 1.—7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként alumíniumot használunk.

9. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jel lemez ve, hogy a az alumínium fém alapanyaghoz dópoló összetevőt adunk.

10. Az 1.—9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az üreges testet egymással legalább egy borda segítségével összekapcsolt axiális falakkal hozzuk létre.

11. Az 1.—10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oxidálószerként gőz halmazállapotú tartalmazó anyagot választunk.

12. Az 1.—11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az olvadéktest fenntartásának értéktartományában szilárd halmazállapotú összetevőt tartalmazó oxidálószert választunk.

13. Az 1.—12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oxidálószerként szilícium-dioxid, bór-trioxid, szén, kordierit közül legalább egyet és/vagy a folyamat hőmérsékletén redukálható vegyületet választunk.

14. Az 1.—13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oxidálószerként oxigéntartalmú gáz halmazállapotú összetevőt tartalmazó anyagot választunk.

15. A 11.—13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oxidálószerként gáz halmazállapotú nitrogént tartalmazó anyagot választunk.

16. A 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként alumíniumot választunk.

17. Az 1.-15. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként szilíciumot, titánt, ónt, cirkóniumot vagy hafniumot választunk.

18. Az 1.—17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyagot alumínium, cérium, hafnium, titán, szilícium, magnézium, bór, lantán, neodímium, prazeodímium, szamárium, ittrium, szkandium, tórium, urán és cirkónium közül legalább egy fém legalább egy oxidját tartalmazó tiszta anyagként vagy keverékként alakítjuk ki.

19. Az 1.—18. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagból és a töltőanyagból oxidot, nitridet, karbidot vagy boridot tartalmazó kerámia mátrixot hozunk létre.

20. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagból két egymástól térközzel elválasztott, nyitott belső járattal ellá tott hengert formázunk.

21. Az 1,—20. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyagból készült üreges test oldalfalát gátló anyag rétegével vesszük körül.

22. Eljárás összetett szerkezetű önhordó kerámia termék előállítására, amikoris kerámia anyag létehozására alkalmas legalább egy anyagot formázunk, majd a formázott anyagot megemelt hőmérséklet hatásának tesszük ki és ezzel belőle kerámia terméket alakítunk ki, • · azzal jellemezve, hogy alumíniumot, mint fém alapanyagot és az alumíniummal, mint fém alapanyaggal oxidatív reakcióba lépni képes, gőz halmazállapotú összetevőt tartalmazó oxidálószert választunk, majd

a) a formázással az alumíniumból legalább egy átmenő járatot tartalmazó hengert készítünk, ahol a henger falában legalább egy átmenő nyílást képezünk ki,

b) a falat felülete mentén (1) az oxidálószert szerkezetében átengedő felépítésű, az oxidálószer és a fém alapanyag közötti reakcióban létrejövő oxidációs reakciótermékkel átjárható anyagból álló és (2) a fém alapanyagnak a megemelt hőmérséklet hatására, valamint a hőtágulások eltérő volta miatt bekövetkező térfogatváltozásait követni képes első töltőanyaggal vesszük körül és a hengeres testet az első töltőanyagba ágyazzuk, míg a hengerben kiképzett nyílásba második, az (1) és (2) tulajdonságokat felmutató töltőanyagot helyezünk,

c) az első töltőanyagba ágyazott hengeres testet a fém alapanyag olvadáspontja és az oxidálószer hatására a fém alapanyagból kialakuló oxidációs reakciótermék olvadáspontja által határolt értéktartományba eső hőmérsékletre hevítjük, evvel belőle olvadéktestet hozunk létre, majd a hőmérsékletet a kijelölt határok közé eső értéken tartva (1) a fém alapanyagot az oxidálószerrel reakcióba visz

- 53 szűk és a reakcióval az oxidációs reakcióterméket létrehozzuk, (2) az oxidációs reakciótermék legalább egy részét az olvadéktest és az oxidálószer között, azokkal érintkezésben tartva a fém alapanyagot transzportfolyamatban fokozatosan az olvadéktestből az oxidációs reakcióterméken keresztül az első és második töltőanyagba juttatjuk, az oxidációs reakcióterméket az oxidálószer és a már kialakult oxidációs reakciótermék határán növesztjük és ezzel az első töltőanyagon belül axiális irányban egymástól térközzel elválasztott, egymáshoz bordaszerű elemekkel kapcsolt henger alakú falrészeket képezünk ki, majd (3) a reakciót az első és második töltőanyagnak az oxidációs reakciótermékkel való legalább részleges átjáratásával egymástól térközzel elválasztott, célszerűen koncentrikus legalább két hengeres elemet és közöttük támaszként elrendezett radiális bordaszerű elemeket tartalmazó, a hengeres test alakját lényegében inverz módon reprodukáló, szerkezetében kerámia mátrixra épülő, axiális kapcsolódó járatokkal létrejött öszszetett szerkezetű önhordó kerámia test előállításáig folytatjuk és

d) az összetett szerkezetű önhordó kerámia testet a töltőanyag esetlegesen visszamaradó feleslegétől elválasztjuk.

23. A 22. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálószert oxigéntartalmű gázzal hozzuk létre, míg az oxidációs reakcióterméket alumínium-tri • · oxid tartalommal képezzük ki.

24. A 22. vagy 23. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az alumíniumból, mint fém alapanyagból készült hengeres test oldalfalát gátló anyagréteggel vesszük körül.

25. A 22.-24. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az alumíniumot, mint fém alapanyagot legalább egy dópoló összetevővel egészítjük ki.

26. Összetett szerkezetű önhordó kerámia test, azzal jellemezve, hogy keresztmetszetileg egymással kapcsolódó, egymástól térközzel elválasztott falakat tartalmazó, központi furattal és a falak között, a falakkal meghatározott legalább egy longitudinális csatornával ellátott testként van kialakítva, ahol a falak között azokat megtámasztó csatlakoztató elemek vannak kiképezve, továbbá a falak és a csatlakoztató elemek legalább egy töltőanyagot befogadó polikristályos szerkezetű kerámia mátrixra épülően létrejött anyagból állnak, hogy a falak és a csatlakoztató elemek legalább egy töltőanyagból álló ágyban elrendezett fém alapanyag alakjának a fém alapanyag és oxidálószer között a fém alapanyag megolvasztása után lezajló reakció révén, a megolvadt fém alapanyagnak transzportfolyamat során a töltőanyag ágyába behatoló részével végbemenő oxidációs folyamattal biztosított inverz reprodukálása révén vannak kialakítva, továbbá a fém alapanyag eredeti helyéből eltávozott részének oxidációjával létrehozott polikristályos kerámia anyag tartalmazza a legalább egy töltőanyag részecs- 55 - keit, valamint az oxidálószer és a fém alapanyag között lezajló, mindenek előtt oxidációs jellegű reakciók termé* keit.

27. A 26. igénypont szerinti összetett szerkezetű önhordó kerámia test, azzal jellemezve, hogy a fém alapanyag alumíniumot tartalmaz és a polikristályos kerámia anyag alumínium-trioxiddal van kialakítva.

28. A 26. vagy 27. igénypont szerinti összetett t i szerkezetű önhordó kerámia test, azzal jelleme z* ve, hogy az egymástól térközzel elválasztott falak koncentrikus hengerekként vannak kialakítva.

Aktaszámunk: 64.166-2319/NE-Ko

Ügyintézőnk: Nagy Ernő

KÖZZÉTÉTELI

PÉLDÁNY l/o -/<f

Ί7

63132

Fig. I

Fig. 2 kow-fá

KÖZZÉT PÉLDÁNY

Fig. 4

KÖZZÉTÉTELI

PÉLDÁNY

Fig. 5

.. < KÖZZÉTÉTELI p

PÉLDÁNY

Fig. 7

Fig. 8

KÖZZÉTÉTELI PÉLDÁNY .5

Fig. 10

-sí

JL //A

KÖZZÉTÉTEL’

PÉLDÁNY

Fig. II