HUT64933A

HUT64933A - Process for producing shaped bodies of composite structure with metal matrix in closed space

Info

Publication number: HUT64933A
Application number: HU904203A
Authority: HU
Inventors: Robert Campbell Kantner; Ratnesh Kumar Dwivedi
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1989-11-07
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 1994-03-28
Also published as: RU1825325C; IE902463A1; NO902979L; US5163498A; FI91613C; NZ234366A; PL166555B1; PT94740A; YU139790A; CN1051591A; IL94959A; KR910009601A; AU641666B2; NO902979D0; JPH03153832A; EP0427658A2; FI903609A0; TR27133A; DD301860A9; CA2020672A1

Description

A találmány tárgya eljárás összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítására nyomáshiányos tér felhasználásával, amikoris mátrixképző fém alapanyagot laza szerkezetű töltőanyaggal érintkezésbe hozunk, az így kapott reakciórendszert a mátrixképző fém alapanyag olvadáspontját meghaladó hőmérsékletre növeljük és az érintkezést, valamint a megnövelt hőmérsékletet a mátrixképző fém alapanyag legalább egy részének a töltőanyag szerkezetébe való behatolásáig fenntartjuk. A javasolt eljárásban létrehozott vákuum (nyomáshiányos tér) biztosítja, hogy külső túlnyomás vagy belső nyomáshiányos tér külön előállítása nélkül a mátrixképző fém alapanyag kerámia szerkezetet alkosson.

Fémes mátrixot és ezt szilárdabbá tevő vagy ellenállóképességét különböző behatásokkal szemben nagyobb mértékben növelő fázist tartalmazó összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testek alkalmazása iránt fokozatosan növekszik az érdeklődés. A fémes mátrixot kiegészítő anyag általában kerámia alapú szemcsékből, pálcikaszerű, szálas vagy hasonló, ugyancsak kerámia alapú anyagból áll. Az ilyen szerkezetek merevségüket és kopásállóságukat a beépített fázis következtében nyerik, míg képlékenységük, szívósságuk az alkalmazott fém alapanyag kedvező tulajdonságait tükrözi. Általában az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testek szilárdságukat, merevségüket, koptató hatásokkal szembeni ellenállásukat, hőállóságukat tekintve jóval előnyösebbek lehetnek, mint maga a monolitikus fém mátrix, de a tulajdonságok befolyásolhatósága alapvető mértékben függ az összetevők anyagi minőségétől, térfogati vagy tömegarányától, valamint a megmunkálás módjától. További előny lehet, hogy ···· ·· · · · · · · · · • · · · · · · • ·· · · · · az így kapott összetett szerkezetű test sűrűsége kisebb, mint a kiindulási fémé. Ha alumíniumot, mint mátrixképző fémet szilícium-karbidból álló szemcsékkel, pálcikaszerű vagy fonalas frakcióval egészítjük ki, ezzel igen nagy merevségű, koptató hatásokkal szemben rendkívüli módon ellenálló és az alumíniumnál a hőmérsékletet jobban bíró szerkezetet nyerünk.

A szakirodalom számos kohászati módszert ismertet alumínium, mint mátrixképzö fém feldolgozására és ennek alapján öszszetett szerkezetű kerámia test létrehozására. Ismertté váltak porkohászati eljárások, javasolták formatestek folyékony fémmel történő átitatását, túlnyomásos, illetve nyomáshiányos térben történő öntést, az átitatást megkönnyítő és/vagy nedvesítő kiegészítő összetevők alkalmazását.

Ha porkohászati eljárást kívánnak alkalmazni, a fémet előzetesen porítani kell, azt a porszemcsés, pálciakaszerű, vágott szálakból álló kerámia frakcióval ki kell keverni, majd hidegpréseléssel és szintereléssel belőle formatestet készítenek, esetleg ugyanerre a célra melegpréselést alkalmaznak. A hagyományos porkohászati eljárások segítségével készült összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testek tulajdonságai csak kis mértékben befolyásolhatók. A kerámia fázis részaránya általában nem lépheti túl a mintegy 40 tf%-os mennyiséget. A préseléses műveletek az előállított termék nagyságára vonatkozóan jelentenek erős korlátot. A préselés maga ezen túlmenően az alakot is részben meghatározza, a formatest alakja nem lehet bonyolult, tehát ha különösen tagolt felületű terméket kell előállítani, akkor vagy a préselés művelete válik rendkívül bonyolulttá, vagy az elkészült kerámia anyagot kell munkaigényes

megmunkálási műveleteknek alávetni. A szinterelés közismert hiányossága a méretek erős megváltozása (az anyag összehúzódása), de ugyancsak kedvezőtlen az a közismert tény, hogy a különböző frakciók és szemcsék a szinterelés folyamatában a mikrostruktúra egyenetlenségéhez vezetnek.

Az 1976. július 20-án J. Cannell és társai nevére engedélyezett US-A 3,970,136 lsz. US szabadalmi leírás eljárást mutat be összetett szerkezetű fém mátrixú test előállítására, amikoris szilícium-karbidból vagy alumínium-trioxid pálcikákból, esetleg hasonló frakciókból álló megerősítő fázist építenek be a fém alapanyagból álló mátrixba. A megerősítő fázist irányított szerkezettel hozzák létre, mégpedig oly módon, hogy öntőedényben egymással párhuzamos síkokban szálas, fonalas anyagból készített nemez vagy szőnyegszerű rétegeket helyeznek el. A rétegeket megolvasztott alumíniumba helyezik és túlnyomás segítségével biztosítják az alumínium behatolását a rétegeket alkotó szálak és fonalak közé, illetve azt, hogy az alumínium ezeket az összetevőket körbevegye. Ennek egyik megoldása például az lehet, hogy a rétegek elhelyezése után az öntőedénybe megolvadt fémet öntenek, túlnyomást hoznak létre és így kényszerítik a fémet a szerkezetbe való behatolásba. A kísérletek tanúsága szerint ezzel az eljárással a megerősítő fázis akár a termék térfogatának felét is elfoglalhatja.

A túlnyomás alkalmazását a tapasztalat előnytelennek tartja. A külső nyomás értékétől függ az, hogy a megolvadt fém alapanyag milyen mértékben képes a megerősítő fázist befogadó mátrixot alkotni, sok esetben a mátrix egyenetlen, porózus, számos szerkezeti hibája van. A szerkezet és az ezzel kapcsola5 tos tulajdonságok egyenetlensége akkor is létrejöhet, ha a megerősítő fázis anyagát tartalmazó rétegekhez a fém alapanyag bejutását minden oldalról lehetővé teszik. Ennek megfelelően tehát bármilyen bonyolult rétegelrendezési és fémáramoltatási megoldásokat választanak, a rétegek beépülése a fém mátrixba nem mindig egyenletes és a kapott anyag számos esetben nem tesz eleget a minőségi kívánalmaknak. Éppen ezért a megerősítő fázis részarányát magasabb minőségi igények esetén csökkenteni kell, mivel a fázis mennyiségi arányának növekedésével a szerkezeti tulajdonságok egyre nehezebben biztosíthatók. Az eljárás további hátránya, hogy a túlnyomás fenntartásához különleges felépítésű öntőedényekre van szükség, ami az eljárás gazdaságosságot rontja. Ugyancsak előnytelennek kell tekinteni, hogy ezzel az eljárással lényegében csak rendezett struktúrájú megerősítő fázis építhető be a fém alapanyag mátrixába, míg ha ezt a fázist véletlenszerűen eloszlott és irányított durvaszemcsés, pálcikaszerű vagy szálas anyagból kívánják létrehozni, a késztermék tulajdonságai jelentős mértékben leromlanak.

Ennél az eljárásnál további hiányosságként jelentkezik az a körülmény, hogy alumínium-trioxidból álló megerősítő fázis alumíniumba nehezen vihető be, tekintettel arra a tényre, miszerint az alumínium a belőle képződött oxidot alig nedvesíti, így a létrehozandó termék kohéziója, összetartása rossz. Fémek és nemfémes megerősítő fázisok számos egyéb kombinációjáról ugyanez mondható el. Habár sok áthidaló megoldást javasoltak, de ezek nem kielégítőek. Az egyik ilyen például az alumínium—trioxid fémmel (többek között nikkellel vagy volfrámmal) történő bevonása, majd ennek a bevont testnek alumíniummal való • · « · · · · • «· « · · · összepréselése. Egy másik szerint az alumíniumot lítiummal ötvözik, míg az alumínium—trioxidot szilícium—dioxiddal vonják be. Ezekkel a megoldásokkal különböző tulajdonságok előnyösen befolyásolhatók, de a bevonatok anyaga adott esetben tönkreteszi a megerősítő fázis anyagát, míg a lítium és több egyéb ötvöző összetevő a fémes mátrix tulajdonságait rontja le.

Az ismertté vált megoldások hiányosságainak megszüntetésére ad javaslatot az R. W. Grimshaw és társai nevére engedélyezett US-A 4,232,091 lsz. US szabadalom leírása, amelynek tárgya eljárás alumínium mátrixú, alumínium-trioxid alapú megerősítő fázist tartalmazó összetett szerkezetű test előállítására. A javaslat szerint a megolvadt alumíniumot (vagy alumíni2 umotvözetet) 75 - 375 kg/cm nagyságú nyomás hatásának teszik ki, ezzel préselik alumínium-trioxid anyagú, szálas vagy pálcikaszerű frakcióból létrehozott laza szövetszerű szerkezet belsejébe. Ez utóbbit 700 - 1050 ’C hőmérsékletre melegítik. Ennek révén a végtermékben legfeljebb 25 tf%-ban alumínium-trioxidot tartalmazó testet állítanak elő. Nyilvánvaló, hogy a külső nyomás alkalmazása miatt az előzőleg említett US-A 3,970,136 lsz. szabadalmi leírásban bemutatott megoldást terhelő hiányosságok jelentős részével ez esetben ugyancsak számolni kell.

Az EP-A1 115,742 számon közzétett európai szabadalmi leírás szintén alumínium-trioxiddal megerősített alumíniumból álló összetett szerkezetű kerámia test előállítására szolgáló eljárást mutat be. Ez a test mindenek előtt elektrolízises folyamatok vitelére szolgáló elektród létrehozásához használható. Ennek lényege, hogy alumínium-trioxid anyagú mátrixot tartalmazó formatest üres tereit alumíniumolvadékkal töltik ki. A sza• « · · ·

- 7 badalmi leírás utal arra, hogy a nedvesítés! folyamatok kedvezőtlenek, ezért különböző megoldásokat javasol a formatestet alkotó alumínium—trioxid nedvesítési lehetőségeinek javítására, így például az alumínium-trioxidot nedvesítőszerként titán-diboriddal, cirkónium, hafnium vagy nióbium boridjával, esetleg az alumíniumot nedvesítő fémmel, például lítiummal, magnéziummal, kalciummal, titánnal, krómmal, vassal, kobalttal, nikkellel, cirkóniummal vagy hafniummal borítják be. A nedvesítést semleges hatású atmoszféra létrehozásával segítik elő, például argonnal. A szabadalmi leírás szerint nyomás alkalmazására megintcsak szükség van, ha a bevonat nélküli alumínium-trioxidból álló frakciót tartalmazó formatestet akarják alumíniummal átjáratni. Ez esetben az átjáratást megelőzően a formatest pórusaiból a gázokat kihajtják, majd semleges atmoszférát, például argonatmoszférát biztosítva nyomást alkalmaznak arra, hogy az alumíniumot a pórusokba kényszerítsék. Egy további javaslat lényege az, hogy a felület nedvesítését gőzfázisú alumínium lerakatásával könnyítik meg, vagyis a formatestet a pórusoknak alumíniummal történő kitöltése előtt alumínium gőzével hozzák kapcsolatba. Ahhoz, hogy a gőz fázisban jelen levő alumínium a formatest pórusaiban megkötődjön, igen magas hőmérsékletű hőkezelésre van szükség, amelynek hőmérséklete 1400 - 1800 ’c, környezetét pedig vákuum vagy argonatmoszféra jelenti. Ellenkező esetben a nyomást létrehozó gáz hatására vagy az átjáratáskor alkalmazott nyomás megszüntetésekor a kialakított test belsejéből az alumínium egy része elfolyik.

Az EP-A1 94,353 számú európai közzétételi irat nedvesítőszernek elektrolitikus cellában való felhasználására mutat be • · · ····· • ·· « · · » « ·· β · ·· ·· · újszerű lehetőséget, amikoris a cél olyan feltételek teremtése, amelyek között fém alapanyag képes alumínium-trioxid összetevőből álló szerkezetbe behatolni. A szabadalmi bejelentés maga alumínium elektrolízises előállítására vonatkozik, amelynél az elektrolitikus cella bélését vagy a cellában elrendezett szubsztrátumot alkotó katódos áramvezetőt használnak. A szubsztrátumnak a megolvasztott kriolit elleni védelmét úgy kívánják biztosítani, hogy az alumínium-trioxidból álló szubsztrátum felületére nedvesítőszerből és oldékonyságot csökkentő szerből álló keveréket visznek fel, mégpedig vékonyréteg formájában a cella bekapcsolása előtt, illetve az elektrolitikus folyamatban nyert megolvasztott alumíniumba való bemerítés során. A nedvesítőszert a szabadalmi leírás fémként határozza meg, előnyösen titánt, cirkóniumot, hafniumot, szilíciumot, magnéziumot, vanádiumot, krómot, nióbiumot vagy kalciumot javasol, amelyek közül a titánt tekinti különösen célszerűnek. A nedvesítőszer alumíniumban való oldhatóságának csökkentésére bor, szén és nitrogén vegyületeit javasolják. Ez az eljárás azonban egyáltalában nem utal olyan kerámia szerkezetek előállítására, amelyek alapját fém mátrix jelentené.

Az R. L. Landingham nevére 1973. február 27-én engedélyezett US-A 3,718,441 lsz. US szabadalom leírása olyan eljárást mutat be, amikoris vákuumot alkalmaznak a fém alapanyag porózus szerkezetű kerámia alapanyagba való bejuttatására. A nedvesítőszer és a túlnyomás felhasználása mellett tehát ilyen megoldás is ismertté vált. A kerámia alapanyag ez esetben bór—karbid, alumínium-trioxid vagy berillíum-dioxid, amelyet formatestté alakítanak és megolvadt alumíniummal, berillíummal, • * · ·4 «« · • 99 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 * magnéziummal, titánnal, vanádiummal, nikkellel vagy krómmal itatnak át legfeljebb 1,3.10 Pa nyomáson. A leírás szerint az . —4

1,3 Pa alatti, de az 1,3.10 Pa értéket meghaladó nyomások a kerámia alapanyag viszonylag rossz minőségű nedvesítését eredményezik, amikoris a megolvadt fém nemigen hajlandó a pórusokat, a kerámia részecskék közötti tereket kitölteni. A leírás azt is elmondja, hogy az említett határérték alatti nyomásokon a nedvesítési feltételek fokozatosan javulnak.

Az 1975. február 4-én G. E. Gázzá és társai nevére engedélyezett US—A 3,864,154 lsz. US szabadalom leírása ugyancsak vákuumnak az infiltrációs folyamatot elősegítő hatását javasolja felhasználni. A leírás szerint porszerű A1B₁₂ anyagból hidegpréseléssel kialakított formatestet szintén hidegenpréselt ágyazatra helyezik, amelyet alumínium porból hoznak létre. Az A1B₁₂ anyagú formatest felületére szintén alumíniumot helyeznek. Az így előállított szendvicsszerkezetet csónakban rendezték el, amelyet vákuumkemencében munkáltak meg. A vákuumkemencében mintegy 1,3.10 Pa nyomást hoztak létre a gázok eltávolítása céljából. Ezt követően a hőmérsékletet mintegy 3 órás időtartamra 1100 ’C értékre emelték és azt figyelték meg, hogy a megolvadt alumínium a porózus A1B₁₂ anyagot kitöltötte.

Az 1982. február 3-án Donomoto névre közrebocsátott EP—A1 045,002 számú európai közzétételi irat összetett szerkezetű testek előállítására mutat be eljárást, amikoris szálakból, fonalakból, porból, pálcikaszerű és hasonló frakciókból álló megerősítő fázist visznek be kerámia szerkezetbe. Az eljárás megvalósítása során a porózus szerkezetű megerősítő fázist (ezt például rendezett alumínium-trioxid, szén vagy bőr szálak al10 • ·· · · · · · • · · · » ·· · r · ·· ·* ·· ·· ·· kotják) vele reakcióba nem lépő atmoszférában megolvadt fémmel (például magnéziummal vagy alumíniummal) hozzák kapcsolatba, mégpedig olyan tartályban, amelynek nyitott részén át lényegében tiszta oxigént fújnak be. Ezt követően a tartályt megolvadt fémbe merítik és ezzel a fémmel a megerősítő fázis részecskéi közötti tereket kitöltik. A leírásban foglalt magyarázat szerint a megolvadt fém reakcióba lép a tartályban jelen levő oxigénnel, ennek révén a fém szilárd halmazállapotú oxidja képződik, amely a tartály belső terét elzárja, ott vákuum keletkezik és ennek hatására a megolvadt fém a megerősítő fázis résein keresztül a tartályba hatol. Egy másik megoldás szerint — ezt is ez a szabadalmi leírás tartalmazza - oxigént befogó anyagot (például magnéziumot) helyeznek el a tartályon belül, ennek segítségével az oxigént megkötik, a reakció eredményeként vákuumot hoznak létre és eközben a fém alapanyagot argonatmoszférá2 bán 50 kg/cm nyomás alatt a tartályba kényszerítik. A megolvadt fém alapanyag, amely például alumínium, így átjárja a tartályban elrendezett szálas vagy hasonló anyagot és így a megszilárdult fémben rendezett szénszálakból vagy hasonlókból álló belső megerősítő fázis jön létre.

Az 1975. február 18-án J. J. Ott és társai nevére engedélyezett US-A 3,867,177 lsz. US szabadalmi leírás porózus testnek fémmel való átjáratására (impregnálására) szolgáló eljárást mutat be. Ennél az eljárásnál először aktiváló” fémet hoznak a porózus testtel kapcsolatba, majd az utóbbit kitöltő fémbe merítik. A porózus testet töltőanyagból hozzák létre, amely rétegszerű elrendezésű vagy formatest alakjára van hozva, majd ezt a megolvadt aktiváló fémbe merítik és ezzel biztosít11 ják, hogy a porózus test üregeit a fém kitöltse. Erre a célra például a későbbiekben még elemzendő US-A 3,364,976 lsz. US szabadalmi leírás szerinti eljárást alkalmazzák. Az aktiváló fém megszilárdulása után a kapott összetett szerkezetű testet a második, kitöltő fémbe merítik és abban elegendően hosszú ideig tartják ahhoz, hogy az utóbbi fém az aktiváló fémet a kívánt mértékben felváltsa. Ezt követően a kapott szerkezetet lehűtik. A kitöltő fémet egyébként a porózus szerkezetnek legalább egy részéből el lehet távolítani és helyébe harmadik és/vagy további fémeket lehet bevinni, aminek céljából a porózus testet részben vagy teljesen a kiválasztott fém olvadékába merítik. Ez utóbbi bemerítés időtartama szintén elegendően hosszú ahhoz, hogy a porózus testben jelenlevő fémet a kívánt fémmel az előírt mértékben fel lehessen váltani. Ez a felváltási folyamat oldódási és/vagy diffúziós folyamat révén következik be. Az így létrejött testben az alkalmazott fémekkel létrejött intermetallikus vegyületek vannak jelen, amelyek a kiinduláskor porózus test üregeit töltik ki. Ha az eljárást több lépésben hajtják végre, a kívánt összetételű test elkészítése idő- és pénzigényes. A megmunkálás korlátjait a fémek kompatibilitása (egymásban való oldhatósága, olvadáspontjaik különbözősége, a fémek reakcióképessége, stb.) jelentik. Éppen ezért az összetett szerkezetű test tulajdonságai csak viszonylag szűk tartományban szabályozhatók, illetve állíthatók be a megmunkálással.

Az 1970. szeptember 22-én G. D. Lawrence nevére engedélyezett US-A 3,529,655 lsz. US szabadalom leírása olyan eljárást ismertet, amelynél szilícium-karbid anyagú pálcikák és hasonló jellegű hosszúkás szerkezeti elemekre támaszkodva magné ziumból vagy magnézium ötvözetből összetett szerkezetű testet állítanak elő. A környező levegővel közlekedő belső terű öntőedényt a szükséges mértékben szilícium-karbid anyagú pálcikákkal töltik fel, majd ezt az öntőedényt teljes terjedelmében megolvadt alumíniumba merítik, vagyis minden nyílása a megolvadt alumíniumba nyílik. A bemerítés időtartama elegendő ahhoz, hogy a magnézium kitöltse az öntőedény belső üregét. A leírásban foglalt kitanítás szerint az öntőedény belső terébe behatoló megolvadt fém reakcióba lép az ott visszamaradó levegővel, így viszonylag kis mennyiségben magnézium-oxid és magnézium—nitrid keletkezik, ez vákuum létrejöttét biztosítja. A kialakult vákuum segítségével az öntőedény környezetéből a megolvadt fém könnyebben szívható be a belső térbe, mint egyszerű, reakciómentes bemerítés esetén, aminek következtében a fém alapanyag hatásosabban tudja kitölteni a szilícium-karbid pálcikák közötti tereket. Az ily módon fémmel kitöltött belső terű öntőedényt a magnéziumfürdőből eltávolítják és a belső terében vele elszállított anyagot hagyják lehűlni.

A már említett, 1968. január 23-án John N. Reding és társai nevére engedélyezett US-A 3,364,976 lsz. US szabadalom leírása olyan eljárást ismertet, amelynek megvalósítása során test belsejében vákuum keletkezik és ez megolvadt fémnek a testbe való behatolását hivatott elősegíteni. A szabadalom kitanítása szerint az eljárást úgy hajtják végre, hogy egy testet, például grafitból vagy acélból álló öntőmintát, porózus tűzálló anyagból álló formatestet teljes terjedelmében megolvadt fém alapanyagba, például magnéziumba, magnézium vagy alumínium kívánt összetételű ötvözetébe merítenek. Az öntőedény belső terébe a fém alapanyaggal reakcióba lépő gázt, például levegőt juttatnak, és így az öntőedény falában kialakított legalább egy nyíláson keresztül behatoló fém alapanyag a gázzal reakcióba tud lépni. Amikor az öntőedényt a fémolvadékba merítik, az öntőedény belső ürege folyamatosan kitöltődik, de a reakció révén az ott eredetileg jelen levő gáz folyamatosan elfogy és vákuumos tér keletkezik. A szilárd vegyületté alakuló gázösszetevők kiválásának mértékében az öntőedény belső tere fémmel telítődik.

Az 1968. augusztus 13-án John N. Reding, Jr. nevére engedélyezett US-A 3,396,777 lsz. US szabadalom leírása ugyancsak vákuum keletkezésével járó eljárást mutat be, aminek célja fém alapanyag behatolásának megkönnyítése töltőanyagból álló- test belső terébe. A szabadalmi leírás szerint egyik végén a környezettel közlekedő nyílással ellátott, acélból vagy vasból álló tartályba szemcsézett porózus szilárd anyagot, például kokszot vagy vasat helyeznek, a nyitott véget perforációval vagy viszonylag kis méretű átmenő nyílásokkal kialakított fedővel zárják, ahol a fedőben jelen levő lyukak mérete a szemcsézett szilárd anyag átlagos szemcseméreténél kisebb. A tartály olyan gázokból álló atmoszférával, például levegővel van kitöltve, amelynek legalább egy része a szilárd töltőanyag pórusainak kitöltéséhez kiválasztott fémmel, például magnéziummal, alumíniummal, stb. reakcióba tud lépni. A tartályt fedőjével lefelé fordítva megolvadt fém alapanyag belsejébe merítik, mégpedig olyan mélységig, hogy a fedőn át levegő a tartály belsejébe ne juthasson és ezt a helyzetet elegendő ideig tartják fenn ahhoz, hogy a tartályban levő atmoszféra összetevői a megolvadt fém alapanyaggal reakcióba lépve szilárd anyagként kiválhassanak. A gázok és a megolvadt fém alapanyag közötti kémiai reakciók eredményeként a tartályon belül nyomáshiányos tér, esetleg vákuum alakul ki és a porózus szilárd anyagból eltávozó gázok helyére, a pórusokba az öntőedény környezetéből a fémolvadék behatol .

Úgy tűnik, hogy az előbbiekben elemzett EP-A1 045,002, az US-A 3,867,177, 3,529,655 és 3,364,976 lsz. szabadalmi leírások lényegében hasonló jellegű eljárásokat mutatnak be. Az utóbbi kettő megolvadt fém alapanyagból álló fürdő felhasználását mutatja, amelybe belső terében töltőanyagot tartalmazó tartályt merítenek, ahol a bemerítés mélysége és időtartama elegendően nagy ahhoz, hogy a tartályban levő gáz és a megolvadt fém alapanyag közötti reakció eredményeként a gázok elhasználódjanak és így a fém alapanyag a belső teret kitöltse, azt lezárja. Ezek között a megoldások között vannak olyanok is, amelyeknél a környező levegővel esetleg reakcióba lépő megolvadt fémet tartalmazó edény felületét védőréteggel borítják, vagy védőáramlással választják el a levegőtől. Amikor a tartályt a fém alapanyagba merítik, ezt a védőréteget megszüntetik, de ennek ellenére összetevői a fém alapanyagba behatolhatnak, bekerülhetnek a tartály belsejébe, sőt esetleg a porózus szerkezetű anyagba is. Az ilyen jellegű elszennyeződés akár kis mértékben is veszélyes lehet, a tartály belsejében megakadályozhatja a vákuum hatásos létrejöttét és kedvezőtlenül befolyásolhatja a kapott összetett szerkezetű kerámia test fizikai tulajdonságait. További hátrányt jelent az, hogy gravitációs hatások miatt a megolvadt fémet tartalmazó fürdőből eltávolított tartályt a ♦ ♦ ♦ *

- 15 fém feleslege mellett a már porózus szerkezetbe behatolt fém egy része is elhagyhatja.

A műszaki szintet meghatározó megoldások fenti ismertetése önmagában is bizonyítja, hogy hosszú idő óta fennáll az igény olyan egyszerű és megbízhatóan megvalósítható eljárás kidolgozása iránt, amellyel külső nyomás vagy vákuum alkalmazása nélkül lehet összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű testeket előállítani. Ez az igény azt is jelenti, hogy lehetőség szerint kerülni kell a nagyobb mennyiségű nedvesítőszer és a fém alapanyagból álló nagyobb térfogatú fürdők alkalmazását, hiszen ezekkel számos hátrány jár együtt. Ugyancsak hosszú ideje fennáll az igény olyan eljárások létrehozására, amikoris a létrehozott összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test utólagos megmunkálására gyakorlatilag nincs vagy csak igen kis mértékben van szükség.

A jelen találmány célja a felmerült igényt kielégítő megoldás kidolgozása.

Találmányunk feladata ennek megfelelően olyan eljárás létrehozása, amelynek során a vákuum kiegészítő külső intézkedés nélkül létrejön, elősegíti a porózus anyagú szerkezet (kerámia anyag) fémmel való átjáratását, a porózus anyagú szerkezet kialakítható formatestként és ezt normál légköri nyomásfeltételek mellett reaktív atmoszféra (levegő, nitrogén, oxigén, stb.) jelenlétében megolvadt fém alapanyag (például alumínium, magnézium, bronz, vas, réz, öntöttvas, stb.) úgy járja át, hogy annak eredményeként a formatest alakját nagy pontossággal megőrző végtermék keletkezik.

A találmány alapja az a felismerés, hogy öntőedényt fém alapanyag vagy kiindulási fém irányított oxidálásával lehet létrehozni, amikoris polikristályos oxidációs reakcióterméket hozunk létre és ez alkalmasan megválasztott töltőanyag (a továbbiakban első töltőanyag) felhasználásával készült formatest legalább egy részébe behatolva tömör szerkezetet alkot. Az így létrejött kerámia mátrix anyagú összetett szerkezetű testet, mint öntőedényt második töltőanyaggal töltjük ki, ezt és az öntőedényt megolvasztott fémmel hozzuk kapcsolatba és az öntőedény belső terét hermetikusan lezárjuk. Erre a célra általában az öntőedény lezárására szolgáló beömlést vagy nyílást megolvadt fémmel érintkeztetjük. A hermetikusan lezárt belső térben jelen levő töltőanyag, mint ágyazat tartalmazhat befogott levegőt, de az, illetve az öntőedény tartalma oly módon van szigetelve vagy lezárva, hogy a környezetből oda levegő nem juthat be. A hermetikusan lezárt környezet révén a második töltőanyagot viszonylag alacsony hőmérsékleten megolvasztott fém alapanyaggal szintén át lehet járatni, nincs szükség nedvesítőszer alkalmazására, esetleg a fém alapanyag különleges ötvöző összetevőinek bevitelére, szükségtelenné válik külső nyomás, külső vákuum, különleges gázatmoszféra biztosítása vagy más, a behatolást (impregnálást) elősegítő intézkedések meghozatala. Ennek révén felismerésünk szerint összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test állítható elő.

Ugyancsak a felismeréshez tartozik, hogy lehetőség van a nyomáshiányos térnek a reakciórendszerben való olyan generálására, amikoris külön külső intézkedésre nincs szükség. A reakciórendszert a felismerés szerint töltőanyagból és/vagy töltőanyaggal kialakított formatesttel hozzuk létre, ezt impermeábi17 lis falú tartályba helyezzük és a töltőanyagot, illetve formatestet a megolvasztott mátrixképző fémmel érintkeztetjük. A megemelt hőmérséklet hatására kialakuló lezárás a reakciórendszert a külső atmoszférától hatásosan elválasztja, belül a nyomást csökkentő reakciók játszódnak le. Ez segíti elő, hogy a mátrixképző fém a töltőanyagot átjárja. Lehűtés után, amit szükség szerint irányított módon hajtunk végre, a kapott összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test az impermeábilis falú tartályból kinyerhető. Felismerésünk szerint ez az eljárás sokféle fémmel és töltőanyaggal hajtható végre. Ugyancsak a felismeréshez tartozik az, hogy a töltőanyagot, illetve a formatestet egy második mátrixképző fémmel, esetleg további mátrixképző fémekkel lehet érintkezésbe vinni. Ezzel nagyobb méretű, több összetevőből álló test hozható létre, ahol a töltőanyagot átjáró mátrixképző fém a második és esetleges további fémmel kapcsolatban marad.

A fentiekben vázolt felismerésekre támaszkodva összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítására olyan, vákuum (nyomáshiányos tér) felhasználására épülő eljárást alkottunk meg, amikoris mátrixképző fém alapanyagot laza szerkezetű töltőanyaggal érintkezésbe hozunk, az így kapott reakciórendszert a mátrixképző fém alapanyag olvadáspontját meghaladó hőmérsékletre növeljük és az érintkezést, valamint a megnövelt hőmérsékletet a mátrixképző fém alapanyag legalább egy részének a töltőanyag szerkezetébe való behatolásáig fenntartjuk, ahol a találmány értelmében a reakciórendszert impermeábilis falú tartállyal, a reakciórendszer legalább egy alkotórészével reagáló reaktív atmoszférával és a töltőanyag legalább egy felületének • Λ

- 18 legalább egy részét borító gátló elemmel, valamint szükség szerint a laza szerkezetű töltőanyag mellett töltőanyagból készült, a mátrixképző fém alapanyaggal szemben permeábilis szerkezetű formatesttel alakítjuk ki, a gátló elemet legalább részben a mátrixképző fém alapanyagtól térben elválasztottan rendezzük el és így határfelületet alakítunk ki, a reakciórendszert a környező atmoszférától legalább részben elzárjuk, a lezárást külső és/vagy belső fizikai és/vagy kémiai lezárásként hozzuk létre, majd a megnövelt hőmérséklettel a kerámia testet úgy állítjuk elő, hogy a reaktív atmoszférával a reakciórendszer legalább két összetevőjét részben eredeti térfogatánál kisebb térfogatú reakciótermékké alakítjuk, így a reakciórendszerben nyomáshiányos teret alakítunk ki, a mátrixképző fém alapanyag olvadékával a töltőanyagot a gátló elemmel kijelölt határfelületig átjáratjuk, majd a kerámia testet hütjük és lehűlése után ismert módon kinyerjük.

A találmány szerinti eljárás egy célszerű megvalósításakor a tartály reaktív atmoszféráját a környezettől teljesen elszigeteljük, a megnövelt hőmérséklet fenntartása alatt a reakciórendszer legalább egy része és a környezett között tartunk fenn nyomáskülönbséget.

Előnyösen mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot, magnéziumot, bronzot, rezet vagy öntöttvasat használunk, míg adott esetben a reakciórendszert legalább egy nedvesítőszerrel, a hermetikus lezárást megkönnyítő legalább egy segédanyaggal, például felületre felvitt üvegszerű anyaggal egészítjük ki.

A belső vákuum létrehozását biztosítja az a célszerű megvalósítási mód, amelynél a reakciórendszer legalább egy réI

- 19 szét a mátrixképzó fém alapanyag és a környezetet alkotó gázok, különösen levegő közötti reakcióban létrejövő anyaggal zárjuk le. A lezárás ugyancsak biztosítható a tartály nyílásánál a nedvesítőszer és a mátrixképző fém alapanyag közötti fizikai folyamat révén kialakuló keverék és/vagy a mátrixképző fém alapanyag és a tartály anyaga közötti kémiai reakcióban létrejövő anyag, illetve a tartályban levő reaktív atmoszféra és a mátrixképző fém alapanyag és/vagy a töltőanyag és/vagy a tartály anyaga közötti kémiai reakció segítségével.

A találmány szerinti eljárás egy további igen célszerű megvalósítási módjában alegalább egy nedvesítőszerrel a reakciórendszert a mátrixképző fém alapanyag ötvöző összetevőjeként egészítjük ki, ahol mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot, míg nedvesítőszerként magnézium, bizmut, ón és ólom közül legalább egyet, vagy mátrixképző fém alapanyagként bronzot és/vagy rezet, míg nedvesítőszerként szelén, tellúr és kén közül legalább egyet alkalmazunk.

Az összetett szerkezetű test kialakulása szempontjából különösen előnyös, ha mind a laza szerkezetű töltőanyagot, mind pedig a formatestet porszemcsés, pehelyszerű, lemezkés, mikrogömbökből állő, pálcikaszerű, gömbszerű, szálszerű összetevőkből álló, durvaszemcsés, szövetszerű, méretrevágott szálakból álló, golyókból álló, pelletként kialakított, csőszerű és tűzálló szövetből álló frakciók közül legalább egy felhasználásával készítjük el, ahol a frakciók alapanyaga az oxid(ok), karbid(ok), borid(ok) és nitrid(ek) közül kerül ki. Adott esetben több különböző alapanyag használható.

A találmány szerinti eljárás egy újabb előnyös megváló-

’·*» ,·' . ·.»

- 20 ή sítási módjánál a tartályt kerámia, fém, üvegszerű vagy polimerizált anyagból, külünösen célszerűen rozsdamentes acélból, illetve alumínium-trioxidot vagy szilícium-karbidot tartalmazó anyagból alakítjuk ki.

A reaktív atmoszféra általában lehet levegő vagy alapvető összetevőként nitrogént vagy oxigént tartalmazó gáz.

Az eljárás megbízható megvalósítását segíti elő, ha a reakciórendszert a mátrixképző fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de a belőle létrejövő fémes mátrix forráspontja és a permeábilis töltőanyag olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten tartjuk, ami alumínium esetében a mintegy 700 °C és mintegy 1000 ’C közötti, bronz és/vagy réz esetében a mintegy 1050 ’c és mintegy 1125 ’C közötti, míg öntöttvas esetében a mintegy 1250 ’C és mintegy 1400 C közötti hőmérsékletek tartományát jelenti.

A töltőanyag célszerűen alumínium-trioxidból, szilícium—karbidból, cirkónium-nitridből, titán-nitridből, bőr—karbidból áll vagy az előbb említettek tetszőleges arányú keverékeként készíthető el.

A kapott összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test tulajdonságainak célszerű befolyásolását jelenti, ha azt elkészülte után irányított módon hűtjük.

A reakciórendszer lezárása megbízható módon valósítható meg, ha azt kívülről bőr alapú üveggel és/vagy szilícium alapú üveggel és/vagy bőr-trioxiddal zárjuk le, amit a megnövelt hőmérséklet fenntartása során legalább részben megolvadt állapotban tartunk.

A találmány szerinti eljárás megvalósítása során reak21 ciórendszert impermeábilis falú tartályban helyezünk el, a reakciórendszert töltőanyaggal valósítjuk meg és a megolvadt mátrixképző fém alapanyagot reaktív atmoszféra jelenlétében hozzuk kapcsolatba a töltőanyaggal. A reaktív atmoszféra a mátrixképző fém alapanyaggal és/vagy a töltőanyaggal és/vagy az impermeábilis tartállyal reakcióba lép, a reakció eredményeként vákuum (nyomáshiányos tér) alakul ki, amely legalább részben bekényszeríti a megolvadt mátrixképző fém alapanyagot a töltőanyag permeábilis szerkezetébe. A reaktív atmoszférát és a mátrixképző fém alapanyagot és/vagy a töltőanyagot és/vagy az impermeábilis tartályt hasznosító reakciót annyi ideig tartjuk fenn, amennyi szükséges ahhoz, hogy a megolvadt mátrixképző fém alapanyag teljes mértékben, vagy adott esetben kívánt mélységig átjárja a töltőanyagot, illetve a töltőanyagból készült formatestet. A reakciórendszer szükség szerint külső eszközökkel is lezárható.

A fémes mátrix alapanyagát jelentő mátrixképző fém reakcióba léphet a környezeti atmoszférával is, aminek révén belső kémiai lezárás keletkezik, ezt a fémes mátrixtól eltérő összetétel jellemzi. A lezárás a reakciórendszert teljes mértékben elválasztja a környező atmoszférától.

A különböző külső és belső lezárási lehetőségek között igen előnyös az, amikor a fém mátrixot alkotó fém nedvesíti az impermeábilis anyagú tartályt és ezzel zárja el a környező atmoszférából a levegő útját. A mátrixképző fémet egyébként, mint említettük, nedvesítőszerrel lehet kiegészíteni, aminek révén az impermeábilis falú tartály nedvesítése könnyebbé válik, a mátrixképző fém anyaga hatásosabban képes a reakciórendszert a í .·· hatású atmoszférával és ez is forrása lehet a megolvadt mátrixilletve a formatestbe be kényszerítő vákuum létrehozásának. A töltőanyagot olyan kiegéatmoszférával reakcióba lépnek és vákuumot biztosítanak, valamint javítják az előállított test tulajdonságait. A töltőanyag mellett vagy helyett az impermeábilis falú tartály is alkalmas lehet a reaktív atmoszférával lejátszandó, a vákuumot eredményezö reakció lefolytatására.

A találmány szerinti eljárás egy újabb előnyös megvalósítási módjában a nedvesítőszert külső forrásból a mátrixképző fém alapanyag melegítése közben juttatjuk a reakciórendszerbe.

Igen célszerű az a megvalósítása a találmány szerinti eljárásnak, amelynél az impermeábilis falú tartály legalább egy részét gátló elemként alakítjuk ki, előnyösen a gátló elemet fémből, kerámia anyagból, kerámia tartalmú összetett szerkezetű anyagból, illetve agyagból készítjük el, amely például a mátrixképző fém befogadására alkalmatlan, azzal nem vagy alig

A gátló elem szóbajöhető alapanyagai közül különösen a szén, grafit, titán-diborid, alabástromgipsz, alumínium-trioxid és szilícium-dioxid ajánlható.

Ugyancsak célszerű az a megoldás, amikor a gátló elemet, fém alapanyaggal rosszul nedvesíthető anyagból áll, legalább részben az impermeábilis falú tartályban rendezzük el. A gátló elem készülhet olyan réteggel, amelyet festéssel, szórással, szitanyomással, párologtatással vagy gőzölögtetéssel viszünk fel a permeábilis szerkezetű töltőanyag legalább egy felületére.

Alaktartás szempontjából, a pontosság növelésére különösen előnyös, ha a gátló elem legalább egy részét rugalmas grafitlemezből hozzuk létre, amelyet a határfelületen rendezünk el.

Az elkészült összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test kinyerését segíti elő, jobb alaktartását biztosítja, ha a a reakciórendszerbe elválasztást megkönnyítő segédanyagot viszünk be. Ez az elválasztást megkönnyítő segédanyag célszerűen a gátló elem anyagába kevert grafit és/vagy bór—trioxid és/vagy ón.

A kívánt alakú test előállítását könnyíti meg, illetve az alaktartás nagy pontossággal biztosítható, ha a gátló elemet öntőedényként hozzuk létre, és azt alumínium-trioxidból, vagy szilícium-dioxidból, vagy vermikulitból, vagy gráfitból, vagy alabástromgipszből, vagy rozsdamentes acélból, vagy ezek bármilyen kombinációjából készítjük el. Ez az öntőedény lehet maga az impermeábilis falú tartály is.

A töltőanyag legalább részben reakcióba léphet a reaktív hatású atmoszférával és ez is forrása lehet a megolvadt mátrixképző fém alapanyagot a töltőanyagba, illetve a formatestbe bekényszerítő vákuum létrehozásának. A töltőanyagot olyan kiegészítő segédanyagokkal kelet összeállítani, amelyek a reaktív atmoszférával reakcióba lépnek és vákuumot biztosítanak, valamint javítják az előállított test tulajdonságait. A töltőanyag mellett vagy helyett az impermeábilis falú tartály is alkalmas

- 24 lehet a reaktív atmoszférával lejátszandó, a vákuumot eredményező reakció lefolytatására.

A leírásban a továbbiakban alkalmazott néhány kifejezéshez a következő definíció tartozik:

Az ötvözött oldal kifejezés az összetett mátrixú fémes anyagnak azt az oldalát jelenti, amely kezdetben volt a megolvadt fém alapanyaggal érintkezésben, mielőtt az a töltőanyag és/vagy formatest permeábilis szerkezetébe behatolt volna.

Az alumínium itt és a továbbiakban olyan lényegében tiszta (vagyis viszonylag tiszta, kereskedelmi forgalomban beszerezhető nem ötvözött) vagy egyéb, meghatározott tisztasági fokozatú alumínium fémet, vagy ötvöző összetevőként túlnyomórészt alumíniumot tartalmazó olyan anyagot jelent, amelyben a szennyezések és/vagy az ötvöző összetevők a szokásos mennyiségben vannak jelen. Ilyen összetevők a szilícium, a réz, magnézium, mangán, króm, cink, stb. Ha alumíniumötvözetet határozunk meg, akkor olyan ötvözetre vagy intermetallikus vegyületre gondolunk, amelynek jelentős részét alumínium alkotja.

A környező atmoszféra a töltőanyagon és/vagy a formatesten kívül fekvő, a tartályt körbevevő atmoszférát jelenti. Ez lényegében a kiindulási reaktív atmoszférával azonos összetételű lehet, de adott esetben attól eltér.

A gát vagy gátló elem a fémes mátrixszal egyidejűleg alkalmazott olyan alkotórészt jelent, amely alkalmas a mátrixképző fém alapanyag migrációs folyamatának megzavarására, lelassítására, megakadályozására vagy befejezésére. Ha ez a gát vagy gátló elem a töltőanyag permeábilis szerkezetű ágyazatát vagy a formatest felületét borítja, illetve azon belül meghatá ·· · · rozott helyen van, akkor alkalmas olyan határvonal kijelölésére, amelyen a megolvadt fém alapanyag nem képes áthatolni. Minden olyan anyag, vegyület, kémiai elem, keverék és hasonló felhasználható gátló elemként, amely a találmány szerinti eljárás megvalósítása során lejátszódó reakció feltételei között anyagi integritását megőrzi és lényegében nem illékony (ezen azt kell érteni, hogy a megemelt hőmérséklet hatására a gátló elem anyagából legfeljebb annyi távozik, amennyi még nem okozza a gátló elem anyagi minőségéből adódó funkció ellátását).

A gátló elem a továbbiakban olyan anyagokból készült alkotórészt jelent, amelyeket a megolvadt fém alapanyag a reakció feltételei között nedvesíthet, ha ez a nedvesítés! folyamat a gátló elem felülete mögött már nem biztosított. Ez lényegében tehát a felületi nedvesítés, amikoris a fém alapanyag nem képes a nedvesített felület mögé behatolni. Az ilyen jellegű gátak a fém alapanyaggal szemben csak kis mértékű aktivitást mutatnak vagy teljes mértékben semlegesek maradnak és a gátló elem alkalmas egy meghatározott felület kijelölésére, amely mögé a fém alapanyag gyakorlatilag nem képes behatolni. A gátló elem, illetve gát alkalmazásának célja a végtermék megmunkálásának (csiszolásának) csökkentése, vagyis a végtermék utómegmunkálásának minimálisra való szorítása.

A bronz olyan anyagot jelent, amely lényegében rézben gazdag ötvözet. Ez tartalmazhat vasat, önt, cinket, alumíniumot, szilíciumot, berillíumot, magnéziumot és/vagy ólmot. A bronzötvözetek tipikusan mintegy 90 tömeg%-ban rézből állnak, a szilícium részaránya 6 tömeg%, míg a vasé hozzávetőlegesen 3 tömeg%.

A maradvány·· szóval a fémes mátrixot alkotó mátrixképző fémes anyag eredeti, kiindulási tömegének azt a részét jelöljük, amely a fém mátrixú összetett szerkezetű test létrehozása során nem használódott el és amely az esetek többségében a végtermék lehűlése után legalább részben anyagi kapcsolatban marad a létrejött összetett szerkezetű fémes mátrixú testtel. Nyilvánvaló, hogy ez a maradvány egy második vagy további fémet is tartalmazhat.

Az öntöttvas az öntöttvasként meghatározott vasötvözetek családját öleli fel, amelyeket öntéssel szokás feldolgozni és széntartalmuk legfeljebb mintegy 2 tömeg%.

A réz a jelen találmány értelmében kereskedelmi fokozatú tisztasággal jellemzett mátrixképző fémet jelent, amelyben a réz részaránya általában legalább 99 tömeg%, míg a különböző szennyezések változó mennyiségben vannak jelen. A réz fogalmába értjük ezen felül azokat a réz alapú ötvözeteket és intermetallikus vegyületeket, amelyek a bronz fogalmával nem illethetők és amelyekben a réz alkotja a túlnyomó hányadot.

A töltőanyag a jelen leírás értelmében egy vagy több összetevőből álló keveréket jelöl, amelynek anyagi összetétele olyan, hogy egy vagy több összetevője a megolvadt mátrixképző fém alapanyaggal reakcióba nem lép, abban lényegében nem oldható fel. A töltőanyag fizikai megjelenési formáját tekintve igen sokféle lehet, mint például finom- és durvaszemcsés por, pehelyszerű anyag, állhat lemezkékböl, kisebb vagy nagyobb méretű üreges vagy telt gömbökből, szálakból, stb. A töltőanyag szerkezetét tekintve lehet sűrű vagy porózus. Ez a fogalom fedi a kerámia jellegű töltőanyagokat is, mint az alumínium-trioxidból ·♦· • · ···*

- 27 vagy szilícium-karóidból készült rendezetlen és rendezett szálakat, szemcséket, pálcikákat, gömböket, golyókat, szövetszerű képződményeket és hasonlókat, de ide tartoznak a kerámiával fedett (borított) anyagok is, mint az alumínium-trioxiddal vagy szilícium-karbiddal bevont szénszálak, ahol a bevonat a szén védelmét biztosítja a megolvadt mátrixképző fém alapanyag, például alumínium agresszív hatása ellen. A töltőanyagok alkotórészei között fémek ugyancsak lehetnek.

A impermeábilis falú tartály olyan edényszertű tartályt jelöl, amelyben reaktív jellegű atmoszféra alakítható ki és tartható fenn, a töltőanyag laza állapotban és/vagy formatestként, továbbá a megolvadt mátrixképző fém alapanyag és a lezárást biztosító térelem elhelyezhető és amely elegendő mértékben tömör anyagú ahhoz, hogy gáz vagy gőz halmazállapotú összetevők falán ne hatolhassanak át, tehát a környezeti atmoszféra és a reaktív atmoszféra között nyomáskülönbség biztosítható legyen.

A mátrixképző fém vagy mátrixképző fémötvözet olyan fém alapanyagot jelent, amely alkalmas a kívánt tulajdonságú összetett szerkezetű fém mátrixú test létrehozására, mégpedig átjáratás útján, és/vagy olyan mátrixképző fémet, amely a töltőanyaggal van kikeverve és így átjáratás után összetett szerkezetű testet biztosít. A mátrixképző fém alapanyagot egy adott fém jelenti, nyilvánvaló, hogy a fémes mátrix lényegében ezt a fémet tartalmazza, mégpedig tiszta fémként, tehát a kereskedelmi forgalomban beszerezhető, az ott szokásosan elfogadott szennyezéseket és ötvöző összetevőket tartalmazó fémet, míg ha a fémes mátrix alapanyaga intermetallikus vegyület vagy ötvö·· ♦··*

zet, akkor az adott fém az utóbbi túlnyomó részét alkotó összetevőt jelenti.

A fém mátrixú összetett test olyan anyagból álló testet jelöl, amelyet a mátrixképző fém alapanyag, mint tiszta fém vagy ötvözet két vagy három dimenzióban egymással kapcsolódó hidjai és az ezek által meghatározott terekbe beágyazódott töltőanyag alkot. A fém mátrixú összetett testben különböző elemek és vegyületek lehetnek, amelyek segítségével a végtermék kívánt mechanikai és fizikai tulajdonságai szabályozhatók és befolyásolhatók.

A fémes mátrixtól különböző fém olyan fémet jelent, amely túlnyomórészt a mátrixképző fémtől eltérő fémből épül fel, vagyis ha például a fémes mátrixot alapvetően alumíniumból hozzuk létre, az ettől különböző fém alapvető összetevője lehet egyebek között nikkel.

A formatest vagy permeábilis szerkezetű formatest olyan, a töltőanyagból készült vagy töltőanyagot alkotó porózus szerkezetű testet jelöl, amelynek legalább egy jól meghatározott külső határfelülete van, mégpedig a mátrixképző fém alapanyaggal való átjáratás kiindulási felületeként alkalmazható határfelülete, ahol a formatest a mátrixképző fém alapanyaggal való átjáratás előtt a folyamat feltételei között alakját, anyagi integritását és nyers állapotú szilárdságát megőrzi, minden külső támasz nélkül alakját legalábbis a mátrixképző fémmel való átjáratásig megtartja. Ez igényli a megfelelő mértékű porozitást, hiszen másként a mátrixképző fém alapanyag nem tud a szerkezetbe hatolni. A formatestet általában a töltőanyag megfelelő alakításával hozzuk létre, a töltőanyag lehet homogén ·· ♦··«

- 29 vagy heterogén eloszlású, állhat tetszőleges frakciókból és anyagokból (például kerámia és/vagy fémes szemcsékből, porokból, szálakból, pálcikákból, stb., illetve ezek célszerűen választott kombinációiból). A formatest készülhet egyedi elemként vagy több kisebb formatest összeállításával.

A reakciórendszer” olyan anyagok kombinációját jelenti, amelyek egymásra hatásával vákuum jön létre és így a mátrixképző fém hatolhat be a töltőanyag vagy formatest anyagába. A reakciórendszerhez legalább egy impermeábilis anyagú tartály tartozik, amelyben a töltőanyag laza szerkezetű és/vagy formatestté alakított permeábilis masszája és a mátrixképző fém alapanyag (fémes mátrix) van jelen és amely reaktív atmoszférát tartalmaz.

A “reaktív atmoszféra olyan atmoszférát jelöl, amely a mátrixképző fémmel és/vagy a töltőanyaggal (vagy formatesttel) és/vagy az impermeábilis falú tartállyal reakcióba léphet és így a létrejövő vákuum hatására elősegítheti a mátrixképző fém behatolását a töltőanyagba (formatestbe).

A tartalékfém olyan, a mátrixképző fémtől elválasztottam elhelyezett, de vele azonos anyagú fémtestet jelöl, amely a töltőanyaghoz, illetve a formatesthez képest távolabb van elrendezve és amely alkalmas forrásként szolgál a fémes mátrixnak a töltőanyaggal vagy formatesttel érintkezésben elfogyó részének pótlására.

A lezárás vagy lezáró elem olyan gázzáró felépítésű térelemet jelöl, amely a folyamat feltételei között alakul ki, attól függetlenül (külső lezárás), vagy magában a reakciórendszerben (belső lezárás) és amelynek révén a reakciórendszerhez

szükséges reaktív atmoszféra a környező atmoszférától elválasztható. A lezárás vagy a lezáró elem összetételét tekintve a fémes mátrixtól külbönbözik.

A zárássegítő anyag olyan anyagi összetevőt jelöl, amely a mátrixképző fém és a környező atmoszféra és/vagy az impermeábilis falú tartály és/vagy töltőanyag (formatest) közötti reakció révén megkönnyíti a lezárás kialakulását. Ez az anyag a mátrixképző fémhez adagolható és jelenléte hozzájárulhat ahhoz,

I hogy a létrejövő összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test tulajdonságai a kívántak legyenek.

A nedvesítőszer olyan anyagot jelöl, amelyet a mátrixképző fémhez és/vagy a töltőanyaghoz vagy a formatesthez adagolunk és amely elősegíti a nedvesítés! folyamatokat (a töltőanyag vagy formatest és a megolvadt mátrixképző fém érintkezése során a mátrixképző fém olvadékának felületi feszültségét csökkenti). A nedvesítőszer jelenléte elősegítheti a fém mátrixú összetett szerkezetű kerámia test tulajdonságainak kialakulását, mivel például erősíti a mátrixképző fém és a töltőanyag közötti kötést.

A találmány tárgyát a továbbiakban példaként! megvalósítási módok és létrehozott kiviteli alakok bemutatásával, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti eljárás megvalósítására kidolgo- zott, külső lezárást alkalmazó elrendezés vázlatos keresztmetszete, a

2. ábra az 1. ábra szerinti elrendezésben megvalósított eljá- rás egyszerűsített folyamatábrája, a

3. ábra a találmány szerinti eljárás megvalósítására kidolgo- ···; ·· ♦··· ·« ·.

. <·..· Sí a ;

·♦ .. .,· ·..· zott, külső lezárást alkalmazó elrendezés vázlatos keresztmetszete, ahol meghatározott külső felületű alakos terméket állítunk elő, a

4. ábra a találmány szerinti eljárás megvalósítására kidolgo- zott, külső lezárást alkalmazó elrendezés vázlatos keresztmetszete, ahol meghatározott belső üregű alakos terméket állítunk elő, az

5. ábra a találmány szerinti eljárás megvalósítására kidolgo- zott, külső lezárást alkalmazó elrendezés vázlatos keresztmetszete, ahol meghatározott külső és belső méretekkel létrehozott alakos terméket állítunk elő, a

6. ábra a találmány szerinti eljárás megvalósítására kidolgo- zott jellegzetes öntőedény keresztmetszete, amellyel alakos termék állítható elő, a

7. ábra az 1. példa szerinti módon elkészített kerámia testek fényképe, a

8. ábra a 2. példa fényképe, a	szerinti	módon	elkészített	kerámia	test
9a. ábra a 3. példa	szerinti	módon	elkészített	kerámia	test
fényképe, a
9b. ábra a 4. példa	szerinti	módon	elkészített	kerámia	test

fényképe, a

10a. ábra a találmány szerinti eljárás megvalósítására kidolgozott, alakos összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítására szolgáló, külső lezárást alkalmazó elrendezés vázlatos keresztmetszete, a

10b. ábra az 5. példa szerinti módon elkészített kerámia test fényképe, a ···· ·· • · · • ·· • * · · ·· ··

···· ··99 •· · · • %:::

«· ··»9 lla. ábra a 6. példa szerinti módon elkészített és befejezetlenül maradt kerámia test fényképe, a llb. ábra a 6. példa szerinti módon elkészített és befejezett kerámia test fényképe, a

12. ábra a 7. példa szerinti módon elkészített kerámia test fényképe, a

13. ábra a 8. példa szerinti módon elkészített kerámia test fényképe, a

14. ábra a találmány szerinti eljárás megvalósítására kidolgo- zott, jellegzetes öntőedénnyel ellátott elrendezés vázlata, amellyel összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test állítható elő, a

15. ábra a 10. példa szerinti módon elkészített kerámia test fényképe, a

16a. ábra a 11. példa szerinti eljárás megvalósításához felhasznált alakzat vázlatos keresztmetszete, a

16b ábra a 11. példa megvalósításával elkészített kerámia test fényképe, míg a

17. ábra a 12. példa szerinti módon elkészített kerámia test fényképe.

A találmány szerinti eljárás megvalósítása során az 1. ábra szerinti tipikusnak tekinthető 10 elrendezést alkalmazunk. Ebben 11 töltőanyagot rendezünk el 12 impermeábilis falú tartályban, ahol a 11 töltőanyag adott esetben formatestként alakítható ki. Anyagát a továbbiakban még részletesen ismertetjük. A 12 impermeábilis falú tartály 13 mátrixképző fém és az ábrán külön nem jelölt reaktív atmoszféra befogadására alkalmas. A 11 töltőanyag kapcsolatba hozható a reaktív atmoszférával, amely ···; .. ···« .. ,, ·· ·· ·· ·· ·· például a 11 töltőanyag vagy formatest porózus járatait tölti ki, és az érintkezési idő megfelelő megválasztásával biztosítható, hogy a reaktív atmoszféra a 12 impermeábilis falú tartályon belül a 11 töltőanyagot részben vagy teljesen átjárja. A 13 mátrixképző fém a folyamat kezdetekor öntecsként van jelen, azt a 11 töltőanyaggal érintkezésbe hozzuk. Az 1. ábrán látható elrendezéstől eltérő módon a továbbiakban még részletesen ismertetendő módon külső vagy belső 14 lezárást hozunk létre, például a szilárd vagy olvasztott állapotú 13 mátrixképző fém felületén és így a reaktív atmoszférát 17 környező atmoszférától elválasztjuk. A 14 lezárás kialakítható úgy, hogy akár szobahőmérsékleten is már a szükséges zárást biztosítja, de adott esetben elegendő, ha ezt a funkcióját csak a találmány szerinti eljárás megvalósításához szükséges hőmérséklet elérése közben látja el, vagyis a hőmérsékletnek a 13 mátrixképző fém olvadékállapotának eléréséhez szükséges emelése során. A 10 elrendezést összeállítását követően kemencébe helyezzük, az eljárás szempontjából lényegtelen, hogy ez szobahőmérsékleten történik—e vagy behelyezés előtt a kemence hőmérsékletét a kívánt értékre emeljük. A találmány szerinti eljárás megvalósítása szempontjából lényeges, hogy a kemence a mátrixképző fém alapanyag olvadáspontja fölötti hőmérsékletet biztosítsa, mivel így az olvasztott állapotú 13 mátrixképző fém be tud hatolni a 11 töltőanyagba vagy a formatestbe, miközben vákuumos (nyomáshiányos) tér alakul ki.

A 2. ábra a javasolt eljárás folyamatábrája. Itt lényegében leegyszerűsített módon mutatjuk be a találmány szerinti eljárás megvalósítását, amelynek során az első lépésben 12 im.... ...

·· ·· ·· • ·· • ·· • ·· ·· • permeábilis falú tartályt készítünk vagy szerzünk be, mégpedig az alábbiakban ismertetendő tulajdonságú edényt. Ez a tartály lehet öntőedény, amely például egy nyílással ellátott, rozsdamentes acélból készült henger. A tartályt ezt követően szükség szerint grafitszalaggal, például a Unión Carbide cég Grafoil márkanevű grafitszalagjával béleljük ki, amivel megkönnyítjük a benne létrejövő összetett szerkezetű fém mátrixú test későbbi kinyerését. A tartályon belül más anyagok is alkalmasak erre a célra, mint például felszórással bevitt bór-trioxid, a 13 mátrixképző fémhez adagolt ón, aminek révén a kapott összetett szerkezetű fémes mátrixú testet viszonylag könnyen el lehet távolítani a tartályból vagy öntőedényből. A tartályt a 11 töltőanyag szükséges mennyiségével vagy a meghatározott alakú formatesttel töltjük ki és ez esetben is lehetséges és kívánatos a Grafoil grafitszalag alkalmazása bevonáshoz. A grafitszalag alkalmazása azért előnyös, mivel felhasználása révén a fém mátrixú összetett szerkezetű testről a 13 mátrixképző fém maradványa viszonylag könnyen eltávolítható, miután a 11 töltőanyagnak a 13 mátrixképző fémmel való átjáratását befejeztük.

A 12 impermeábilis falú tartály belső terébe a megolvasztott 13 mátrixképző fém, például alumínium, bronz, réz, öntöttvas, magnézium, stb. meghatározott, az előállítani kívánt termék által igényelt mennyiségét öntjük. Ehhez a tartályt szobahőmérsékleten tartjuk vagy tetszőleges hőmérsékletre előmelegítjük. A 13 mátrixképző fémet adott esetben eleve szilárd állapotban helyezhetjük a 12 impermeábilis falú tartályba, például öntecs formájában, majd a hőmérséklet emelésével biztosítjuk megolvasztását. A továbbiakban részletesen ismertetendő 14 le36 és ez elősegíti, illetve lehetővé teszi azt, hogy a 13 mátrixképző fém megolvadt állapotban a 11 töltőanyag permeábilis jellegű masszáját és/vagy a formatestet átjárhassa. A kijelölt megmunkálási idő eltelte után a tartályt szükség szerint kiemeljük a kemencéből, tartalmát hagyjuk lehűlni, de a hűtés irányított módon ugyancsak végrehajtható, például a 12 impermeábilis falú tartálynak hűtőlapra való helyezésével. Az összetett szerkezetű fém mátrixú test ezt követően a 12 impermeábilis falú tartályból eltávolítható és ha van rajta a 13 mátrixképző fémből származó maradvány, az róla leválasztható.

Az 1. és a 2. ábra lényegében csak felületes módon, vázlatosan mutatja be a találmányt. Az egyes lépések legfontosabb jellemzői és az alkalmazott anyagok a következők szerint alakulnak:

Anélkül, hogy bármiféle elméleti fejtegetésbe, illetve megalapozása kívánnánk bocsátkozni, úgy véljük, hogy amikor alkalmas 13 mátrixképző fém megolvadt állapotban a megfelelően választott 11 töltőanyaggal vagy formatesttel a kívánt összetételű reaktív atmoszféra jelenléte mellett a 12 impermeábilis falú tartályban egymással kapcsolatba lép, a reaktív atmoszféra és a 13 mátrixképző fém és/vagy a 11 töltőanyag vagy formatest és/vagy a 12 impermeábilis falú tartály között olyan kémiai reakciók játszódnak le, amelyek eredményeként a komponensek reakcióba lépő frakciói által kiinduláskor elfoglalt helynél kisebbet igénylő reakciótermék (szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú vegyület, anyag) keletkezik. Ha a reaktív atmoszférát a környező atmoszférától elválasztjuk, a 13 mátrixképző fém olvadéka számára permeábilis szerkezetű 11 töltőanyagon vagy a formatesten belül vákuum hozható létre, amelynek hatására a megolvadt 13 mátrixképző fém rákényszerül, hogy a 11 töltőanyag üres tereibe behatoljon. A vákuum létrejötte abból a szempontból is előnyös, hogy hatására a nedvesítési folyamatok hatékonysága javul. Ha a reaktív atmoszféra és a megolvadt 13 mátrixképző fém között a reakciót tovább folytatjuk (ugyanez vonatkozik a reaktív atmoszféra és a 11 töltőanyag vagy formatest, illetve a 11 töltőanyag és a 12 impermeábilis falú tartály közötti reakcióra), a 13 mátrixképző fém behatol a 11 töltőanyagba vagy a formatestbe és így további vákuum jön létre. A reakciót elegendően hosszú ideig lehet folytatni ahhoz, hogy a 13 mátrixképző fém a kívánt mértékben járja át a 11 töltőanyagot vagy a formatestet, ahol a kívánt mérték akár az utóbbiban rendelkezésre álló teljes térfogatot is jelentheti. A 11 töltőanyagot, illetve a formatestet olyan szerkezettel kell kialakítani, hogy őt a reaktív atmoszféra átjárhassa, üres tereit kitölthesse .

A jelen találmány ismertetése különböző 13 mátrixképző fémek alkalmazására ad kitanítást, ahol a 13 mátrixképző fém alapanyagot és a vele kapcsolatba lépő egyéb szilárd összetevőket reaktív atmoszféra hatókörében rendezzük el. Számos olyan kombináció adható meg, amelyekben a 13 mátrixképző fém és a reaktív atmoszféra megválasztásával lehetővé válik a vákuumos környezet létrehozása. Különösen célszerűnek bizonyultak az alumíniummal, bronzzal, rézzel és öntöttvassal megvalósított reakciórendszerek, vagyis az alumínium/levegő, a réz/levegő, az alumínium/oxigén, az alumínium/nitrogén, a bronz/nitrogén, a réz/nitrogén, az öntöttvas/levegő és a bronz/levegő összetételű rendszerek. Nyilvánvaló azonban, hogy a találmány nem korlátozható csak ezekre az összeállításokra, hiszen számos egyéb fémes anyag különböző reaktív atmoszférákkal képes a megkívánt reakciófeltételek biztosítására.

Ahhoz, hogy a találmány szerinti eljárás megvalósítása során a vákuum (nyomáshiányos tér) létrejöhessen, szükség van a reaktív atmoszféra és a környező atmoszféra egymástól történő fizikai elválasztására, amikoris a reaktív atmoszférában csökkentett nyomás alakul ki és ezt a lecsökkent nyomást a környezetből esetleg beáramolni képes gázok csak kis mértékben tudják emelni. Erre a célra kiválóan megfelel a 12 impermeábilis falú tartály, amelynek méreteivel szemben kikötést nem teszünk, míg alakjára és anyagi összetételére vonatkozóan szintén a célszerűségi feltételek érvényesülnek. A tartály anyagát úgy határozhatjuk meg, hogy az lehet a 13 mátrixképző fémmel és/vagy a reaktív atmoszférával reakcióba lépő, vagy azokkal szemben semlegesen viselkedő anyag, amely azonban a találmány szerinti folyamat feltételei között a környező atmoszférával szemben hatásos 14 lezárást biztosít. A 12 impermeábilis falú tartály anyaga tartalmazhat minden olyan szerekezeti anyagot és elemet (például kerámia készítményt, fémet, üvegszerű anyagot, polimerizált vegyületeket, stb.), amely a javasolt eljárás feltételei között anyagi integritását és alakját képes megőrizni, megakadályozni vagy igen jelentős mértékben korlátozni a környező levegő (atmoszféra) gázösszetevőinek bejutását a falon keresztül a belső térbe. Ez a tartály lényegében alapfeltételét jelent ahhoz, hogy a találmány szerinti eljárás feltételei között a vákuum létrejöhessen és fenntartható maradjon. Az alkalmazott reakciórendszer összetételétől függően a 12 impermeábilis falú tartály anyaga úgy is választható, hogy az a reaktív atmoszférával és/vagy a 13 mátrixképző fémmel és/vagy a 11 töltőanyaggal együtt részt vegyen a vákuum létrehozásában, vagyis ez az anyag olyan folyamatokba legyen bevihető, amelyek következtében a tartály belső terében a vákuum (nyomáshiányos tér) kialakulása és fenntartása egyszerűen biztosítható legyen.

A 12 impermeábilis falú tartály anyagát tekintve igen fontos jellemzők a következők: a pórusok hiánya, a szerkezet teljes mértékű folyamatossága (törésmentessége), továbbá a vákuum kialakulási folyamatát zavaró vagy a vákuum fenntartását lehetetlenné tevő redukálható oxidok hiánya. Ezeknek a feltételeknek számos anyag eleget tesz, ezért a 12 impermeábilis falú tartály anyaga igen széles körből választható. A megfelelő anyagok között találjuk az öntött vagy olvasztott alumíniumtrioxidot, a szilícium-karbidot, továbbá a 13 mátrixképző fémben kis mértékben vagy egyáltalában nem oldódó fémeket, például a rozsdamentes acélt (alumínium, réz és bronz 13 mátrixképző fém esetében).

További lehetőségként adódik porózus anyagok alkalmazása, ha ezeket megfelelően záró tulajdonságú bevonattal tudjuk felületük legalább egy részén ellátni. Ilyen anyagúak például a kerámia készítmények, amelyek ismert módon tehetők impermeábilissá. Az ismert eljárások jelenthetik a különböző zománcok, mázak és szilárd zselék felvitelét, amelyek egyrészt bevonják a felületet, másrészt pedig behatolnak a pórusokba, eltömik azokat. Az impermeabilitást biztosító bevonat adott esetben a találmány szerinti eljárás megvalósításához szükséges hőmérsékle teken folyékony lehet. Az ilyen készítményekkel szemben követelmény az, hogy a 12 impermeábilis falú tartályon belül létrejövő vákuum hatására gázzáró jellegüket fenntartsák, például viszkózus módon tapadjanak a 12 impermeábilis falú tartály, a 11 töltőanyag és/vagy a formatest felületéhez. Ilyen anyagok például az üvegszerű készítmények (mint a bór-trioxid, B₂C>₃), a kloridok, a karbonátok, stb., amikoris azonban figyelembe kell venni, hogy a 12 impermeábilis falú tartály, a 11 töltőanyag vagy a formatest szerkezeti porozitását olyan kis méretű járatoknak kell képezniük, amelyeket az üvegszerű bevonó anyag hatásosan képes elzárni.

A találmány szerinti eljárás megvalósításához fémes mátrix kialakítására alkalmas 13 mátrixképző fém alapanyagot kell használni. Ez esetben feltétel, hogy az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyag a folyamat megemelt hőmérsékletén alkalmas legyen a 11 töltőanyag vagy formatest szerkezetébe való behatolásra, a 11 töltőanyagon belül vákuumos feltételek biztosítására. A 13 mátrixképző fémet ennek megfelelően minden olyan fém, fémen belüli összetevő alkothatja, amely a reaktív atmoszférával a folyamat feltételei között reakcióba lép, ez a reakció teljes mennyiségét vagy csak egy részét elfogyasztja, aminek eredményeként az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyag behatol a 11 töltőanyag vagy a formatest szerkezetébe, mégpedig az abban kialakuló vákuum hatására. Továbbá a felhasznált rendszer jellemzőitől függően a 13 mátrixképző fém lehet a reaktív atmoszférával szemben lényegében teljes mértékben semleges anyag, amikoris a vákuumot a reaktív atmoszféra és a reakciórendszer egyéb összetevői közötti reakciók hozzák létre és ez a vákuum az, amelynek hatására az olvadék állapotú fém alapanyag képes a 11 töltőanyag szerkezetét átjárni.

A 13 mátrixképző fém anyaga igen előnyösen ötvözhető a nedvesítési folyamatot elősegítő összetevővel, aminek révén a mátrixképző fém és a 11 töltőanyag között a kapcsolat létrejötte könnyebbé válik, a fémes mátrix és általában az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test porozitása csökken, a 11 töltőanyag teljes átjáratása rövidebb idő alatt biztosítható, stb. A nedvesítőszerrel kiegészített anyag adott esetben alkalmas a vákuumzárást biztosító folyamat beindítására is, amikor a reaktív atmoszférát a környező atmoszférától elválasztjuk. Egy még további előnyös megvalósítási módnál a nedvesítőszer beépíthető a 11 töltőanyagba, akár mint további összetevő a 13 mátrixképző fémben levő nedvesítőszerhez képest, akár pedig egyedüli nedvesítőszerként.

A nedvesítőszer bevitele révén a 13 mátrixképző fém és a 11 töltőanyag közötti folyamatokat elősegítő nedvesítési jelenségek következnek be, ezek eredményeként javulnak a kapott végtermék fizikai jellemzői, például húzószilárdsága vagy eróziós (koptató) hatásokkal szembeni ellenállóképessége, stb. Ha az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyag a 11 töltőanyagot hatásosan tudja nedvesíteni, akkor ez az utóbbi eloszlásának egyenletességét javítja a kapott összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testben, megerősíti a 11 töltőanyag és a 13 mátrixképző fém részecskéi közötti kapcsolatot. A nedvesítőszereket a 13 mátrixképző fém alapanyagnak megfelelően választjuk, így például alumínium esetében különösen alkalmas a magnézium, bizmut, ón és ólom, míg bronz és réz esetében pedig a szelén, • 4

- 42 tellúr és kén. Ez a felsorolás természetesen nem teljes. A továbbiakban elemzett lehetőségek szerint előnyös lehet egy-egy nedvesítőszer bevitele a mátrixképző fémbe és a 11 töltőanyagba, vagy adott esetben csak egy 11 töltőanyag bevitele akár a 13 mátrixképző fémbe, akár a 11 töltőanyagba, mivel ennek segítségével a végtermékként kapott összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test tulajdonságai a kívánt irányban hatásosan befolyásolhatók .

Ha erre szükség van, a 13 mátrixképző fémből külön tartalékot lehet kiképezni, amivel a 11 töltőanyag térfogatának teljes mértékű átjáratásához szükséges fém biztosítható. Ez a tartalék képezheti az alkalmazott elrendezés olyan részegységét is, amelyben a kiinduláskor alkalmazott 13 mátrixképző fém alapanyagától eltérő fémet rendezünk el. Adott esetben ugyanis célszerű lehet a 13 mátrixképző fémet többféle fém felhasználásával létrehozni, amikor a tartalék a kiinduláskor alkalmazott fémtől eltérő összetételű. Ha például a kiinduláskor felhasznált 13 mátrixképző fém alumínium vagy alumíniumötvözet, a folyamat egy adott pontjától kezdve célszerű lehet más 13 mátrixképző fémet vagy fémötvözetet bevinni, feltéve, hogy az a kiinduláshoz szükséges hőmérséklettartományban megolvasztható. Itt figyelembe lehet venni azt, hogy a megolvadt 13 mátrixképző fémek egymással jól keverhetők, tehát a találmány szerinti eljárás megvalósítása során a megnövelt hőmérsékletet elegendő ideig fenntartva elérhető, hogy a tartalékként használt 13 mátrixképző fém a kiindulási 13 mátrixképző fémmel a 11 töltőanyag szerkezetében, annak átjárása közben keveredjék. Ezért a tartalék 13 mátrixképző fémet a kiindulási 13 mátrixképző fémtől el térő összetételben megválasztva újabb lehetőség nyílik a végtermékként nyert összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test tulajdonságainak szabályozására, illetve a test előállítása során a technológiai feltételek széles körben történő változtatására .

A reakciórendszert olyan hőmérsékleteken munkáljuk meg, amelyeket mindenkor a 13 mátrixképző fémtől, a 11 töltőanyagtól, illetve a formatesttől és a reaktív atmoszférától függően választunk meg. Ha például alumíniumot mint 13 mátrixképző fém alapanyagot kívánunk megmunkálni, a hőmérsékletet sok esetben elegendő mintegy 700 °C és mintegy 850 °C közötti értékre választanik. Általában viszont célszerűnek tűnik a 850 ’c-t meghaladó, de 1000 °C alatt maradó hőmérsékletek biztosítása. Ha a 13 mátrixképző fém alapanyag bronz vagy réz, a tapasztalat a hozzávetőlegesen 1050 °C-tól mintegy 1125 °C-ig terjedő hőmérséklettartomány hasznosságát bizonyítja, öntöttvasnál viszont ugyanez az értéktartomány hozzávetőlegesen 1250 °C-tól mintegy 1400 ’C-ig terjed. Alapszabályként az mondható ki, hogy a megmunkálás hőmérséklete haladja meg az alkalmazott 13 mátrixképző fém olvadáspontját, de ne lépje túl ugyanennek a fémnek a forráspontját.

A fémes mátrix Összetételét és/vagy mikrostruktúráját az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test létrehozási folyamatában alkalmazott paraméterekkel ugyancsak szabályozni lehet, hogy ezzel a test végső jellemzőit megfelelő módon beállíthassuk. Egy adott reakciórendszerben a megmunkálás feltételei úgy befolyásolhatók, hogy például intermetallikus vegyületek, oxidok, nitridek szabályozott módon ala • · kuljanak ki. A 11 töltőanyagnak az olvasztott 13 mátrixképző fémmel való átjáratása után a létrejött még forró összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test hűtési folyamatának befolyásolásával célszerűen lehet szabályozni a test néhány további fizikai tulajdonságát, különösen porozitását. Az irányított hűtési folyamat számos esetben előnyös lehet, ilyenkor a már kialakult testet tartalmazó tartályt hűtőlapra helyezzük vagy a hűtést úgy biztosítjuk, hogy a tartály felülete körül adott helyeken szigetelő elemeket helyezünk el. Néhány további fizikai jellemző, például a húzószilárdság kedvezően befolyásolható úgy is, hogy az elkészült összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet a tartályból való kinyerése után vagy még a tartályban tartva hőkezelésnek vetjük alá. A hőkezelést általában ugyanúgy hajtjuk végre, mintha csak magát a kiindulási 13 mátrixképző fémet kívánnánk hőkezeléssel megmunkálni.

A találmány szerinti eljárás feltételei között fontos, hogy a 11 töltőanyag és/vagy a formatest szerkezete elegendő mértékben permeábilis legyen ahhoz, hogy a reaktív atmoszféra azt átjárhassa, a pórusokat még az előtt kitölthesse, hogy a reaktív atmoszférát a környező atmoszférától elválasztjuk. A következőkben adandó példák szerint megfelelő mennyiségű reaktív atmoszféra halmozódott fel a pórusokban, amikor mintegy 0,066 mm és 0,43 mm közötti átlagos szemcseméretű frakciókból kialakított 11 töltőanyagot (formatestet) alkalmaztunk. Ennél a 11 töltőanyagnál a reaktív atmoszféra teljes mennyisége vagy adott esetben csak szükséges részmennyisége vesz részt a reakciókban, kapcsolódik a 13 mátrixképző fém és/vagy a 11 töltőanyag és/vagy a 12 impermeábilis falú tartály összetevőihez, « · · • ·

- 45 aminek eredményeként az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyagot a 11 töltőanyag pórusaiba kényszerítő vákuum keletkezik. A 11 töltőanyagon belül a reaktív atmoszféra eloszlása nem feltétlenül kell, hogy egyenletes legyen, bár a tapasztalat azt bizonyítja, hogy az egyenletes eloszlás hozzájárul az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test kívánt tulajdonságainak megbízható kialakításához.

A találmány szerinti eljárás megvalósításának előkészítésekor az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test kialakításához a 11 töltőanyagok széles választéka áll rendelkezésre. Az, hogy végülis melyiket választjuk, függ a 13 mátrixképző fémtől, a megmunkálás feltételeitől, az olvadék állapotú fém alapanyag reakcióképességétől, az adott reaktív atmoszféra mellett, a reaktív atmoszféra anyagi minőségétől, magának a 11 töltőanyagnak a reaktív atmoszférával szembeni reakcióképességétől, az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyag és a 12 impermeábilis falú tartály között kialakuló reakciók lehetőségétől és mértékétől, valamint a végtermékként kapott összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test biztosítani kívánt tulajdonságaitól. Ha például a 13 mátrixképző fém alumíniumból épül fel, a 11 töltőanyagokra alapvetően a következő lehetőségek jöhetnek szóba: (a) oxidok (mint például alumínium-trioxid); (b) karbidok (például szilícium-karbid); (c) nitridek (például titán-nitrid); továbbá (d) boridok (például titán-diborid) alkalmazása. Ha a 11 töltőanyag hajlamos az olvadék állapotú mátrixképző fém alapanyaggal a végtermék minőségét károsan befolyásoló reakcióba lépni, vagy ilyen reakcióterméket képezni, akkor lehetőségként adódik a két anyag közötti kapcsolat időtartamá·« · · ·· ···» ' ·· ··· ····· • ·· ····· • ♦ · ·· ·· ·· ·

- 46 nak korlátozása, a hőmérséklet csökkentése, esetleg a 11 töltőanyag egészének vagy részelemeinek reakcióban nem résztvevő, a folyamat feltételei között lényegében semlegesen viselkedő bevonattal való ellátása. A 11 töltőanyagban elhelyezhető szubsztrátum is, például szén vagy hasonló nem kerámia jellegű anyag, amelyet kerámia bevonattal látunk el, hogy a káros hatásoktól megvédjük. A kerámia bevonatokat célszerűen karbidból, oxidból, vagy nitridből, továbbá boridból, esetleg több hasonló összetevőből alakítjuk ki. A találmány szerinti eljárás megvalósítása során különösen előnyösnek bizonyult az alumínium-trioxid és szilícium-karbid, mint kerámia alapanyag felhasználása, amelyek szemcsés, lemezkés, pálcika- és fonalszerű képződményként alkalmazhatók. A szálak lehetnek folyamatosak vagy vágott szálak, adott esetben kócszerű képződményeket alkothatnak. A 11 töltőanyagot alkothatják homogén vagy heterogén fázisok, alakját tekintve állhat egy vagy több részből.

A 11 töltőanyag alakját és szemcseméretét, frakcióit az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test tervezett tulajdonságainak megfelelően választjuk meg. így a frakciók állhatnak szemcsékből, pálcikákból, lemezkékből vagy szálakból, azzal a feltétellel, hogy a 13 mátrixképző fém alapanyag a létrehozott szerkezetet jól át tudja járni. Ennek megfelelően gömbök, golyók, pelletek, csövecskék, szövetek ugyancsak alkalmazhatók. A 11 töltőanyag frakcióit alkotó részecskék alakja az infiltrációs folyamatnak nem jelenti korlátját, de ha kisebb részecskékből állnak, akkor a teljes infiltráció általában hosszabb időt igényel, mint nagyobb részecskék esetében. A 11 töltőanyag átlagos szemcseméreteit szokásosan a mintegy • · · · • · • ·

- 47 0,017 mm és mintegy 1,035 mm közötti tartományban választjuk meg, ahol az alsó határ lehet ennél kisebb is. A tényleges méreteket az adott felhasználási cél határozhatja meg. Ezen túlmenően a 11 töltőanyag fizikai jellemzőinek (a részecskenagyságnak) megválasztásával olyan permeábilis szerkezetű massza vagy formatest hozható létre, amely elősegíti az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test kívánt tulajdonságainak biztosítását. A különböző ipari alkalmazások igényeit figyelembe véve a 11 töltőanyag gyakorlatilag minden felhasználáshoz célszerűen megválasztható. A végtermék tulajdonságai ezen túlmenően úgy is befolyásolhatók, hogy a 11 töltőanyagot több különböző frakcióból, térben inhomogén, változó szemcsenagysággal és/vagy térkitöltéssel (sűrűséggel) képezzük ki. A 11 töltőanyag mennyisége változtatható úgy is, hogy a reakciórendszert az infiltrációs folyamat során rázzuk, a 13 mátrixképző fémet porított fémből kiindulva hozzuk létre, és azt a 11 töltőanyaggal még az átjáratás előtt kikeverjük. A 11 töltőanyag térfogati részaránya befolyásolható a tartály rázásával, a rázás ezt a részarányt általában a tömörödés következtében csökkenti.

A találmány szerinti eljárás megvalósítása során szükséges reaktív atmoszférát szintén számos különböző anyag (gáz) felhasználásával biztosíthatjuk. A reaktív atmoszféra alkalmazásának célja az, hogy összetevői a reakciórendszert alkotó 13 mátrixképző fémmel és/vagy a 11 töltőanyaggal és/vagy a 12 impermeábilis falú tartállyal reakcióba lépve kiváljanak, olyan reakcióterméket alkossanak, amely az azt létrehozó kiindulási anyagoknál kisebb térfogatot foglal el, vagyis a reakcióba lépő • 4fc* »4 ««4* ·«·· • 44 · V · 4« · ······ • 44 *4 ·· · 44

- 48 összetevők helyén vákuum (nyomáshiányos tér) keletkezzen. Adott esetben elegendő, ha a reaktív atmoszféra összetevői csak részben válnak ki, tehát a vákuum viszonylag nem teljes. Ezt másképp megfogalmazva azt mondhatjuk, hogy a reaktív atmoszféra az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyaggal és/vagy a 11 töltőanyaggal és/vagy a 12 impermeábilis falú tartály anyagával kapcsolatban maradva a reakciórendszer egy vagy több összetevőjével reakcióba lép és így olyan folyékony, szilárd vagy gáz halmazállapotú reakciótermék keletkezik, amely a kiindulási összetevőkhöz képest kisebb térfogatot foglal el, így utánuk üres hely vagy vákuum marad, ami elősegíti az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyag beszívását a 11 töltőanyagba, illetve a formatestbe. A reaktív atmoszféra és a 13 mátrixképző fém és/vagy a 11 töltőanyag és/vagy a 12 impermeábilis falú tartály közötti reakció elegendő ideig tartható fenn ahhoz, hogy a mátrixképző fém alapanyag legalább részben átjárhassa a 11 töltőanyagot, esetleg annak teljes térfogatát kitölthesse, így például reaktív atmoszféra létrehozható levegővel. Ilyenkor a mátrixképző fémet alkotó fém például alumínium, és a levegő közötti reakció több különböző reakcióterméket eredményez, mint alumínium-trioxid és alumínium-nitrid. A javasolt feltételek között ezek a reakciótermékek, vagy akárcsak egyetlen reakciótermék is kisebb helyet foglalnak el, mint a reakcióban résztvevő megolvadt alumínium és a levegő. így a reakciótermékek keletkezése révén nyomáshiányos tér, vákuum alakul ki, aminek hatására a 11 töltőanyaggal vagy formatesttel kívülről érintkező 13 mátrixképző fém alapanyag behatol a vele érintkező testbe. A létrehozott reakciórendszer összetételétől függően a 11 töltő- 49 anyag és/vagy a 12 impermeábilis falú tartály hasonló módon reakcióba léphet a reaktív atmoszférával, így jön létre az a vákuum (csökkentett nyomású tér), amely a 13 mátrixképző fém alapanyagot a 11 töltőanyagba vagy a formatestbe bekényszeríti, amelynek hatására a fémes mátrix a pórusokban kialakul. A vákuum fenntartását lehetővé tevő reakciók mindenkor annyi ideig tarthatók fenn, amennyire szükség van az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test kialakulásához.

Adott esetben célszerű lehet olyan 14 lezárás vagy lezáró rendszer létrehozása, amellyel a gázáramlás a környező atmoszférából a 11 töltőanyaghoz vagy a formatesthez korlátozható, vagyis a reakciórendszer tere a környező atmoszférától elválasztható, a reaktív atmoszférába a környező levegő nem juthat be. Az 1A. ábrára hivatkozással megállapítható, hogy a 12 impermeábilis falú tartály és a 11 töltőanyag a 17 környező atmoszférától úgy válik el, hogy a reaktív atmoszféra és az olvasztott állapotú 13 mátrixképző fém és/vagy a 11 töltőanyag, illetve formatest és/vagy a 12 impermeábilis falú tartály közötti reakció folyamatában a reaktív atmoszféra és a környezet között nyomáskülönbség alakul ki, amíg a kívánt mértékű átjáratás nem biztosított. Mindezekből nyilvánvaló, hogy a reaktív atmoszférát nem feltétlenül kell teljes mértékben vákuumzáró módon a környezettől elválasztani. Általában elegendő a viszonylagos elválasztás, amikoris akár dinamikus módon nyomáskülönbséget tartunk fenn, tehát például a környező atmoszférából gőzök vagy gázok beáramolhatnak a reaktív atmoszférába, ha ez az áramlás kisebb intenzitású, mint amekkorára szükség lenne a nyomások kiegyenlítéséhez. A fentieket is figyelembe véve el- 50 mondható, hogy a környező atmoszféra és a reaktív atmoszféra közötti szigetelést a 12 impermeábilis falú tartály anyaga biztosítja. Mivel a mátrixképző fémet általában a környező atmoszféra számára átjárhatatlan olvadékként tudjuk a folyamatba vinni, az olvasztott állapotú 13 mátrixképző fém szintén hozzájárul az atmoszférák kívánatos elszigeteléséhez. Fontos azonban megjegyezni, hogy a 12 impermeábilis falú tartály és az olvasztott állapotú 13 mátrixképző fém közötti átmeneti tartományban a javasolt eljárás feltételei között rés keletkezhet, amelyen a környezeti és a reaktív atmoszféra egymással közlekedhet. Az ilyen rések kialakulását megfelelő intézkedésekkel célszerű késleltetni vagy kizárni.

A reakciórendszer lezárása elérhető mechanikai, fizikai, kémiai eszközökkel, maga a 14 lezárás ezért lehet belső vagy külső. A külső 14 lezáráson azt értjük, hogy a lezáró hatás az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyagtól függetlenül vagy az ezzel az alapanyaggal már biztosított hatást kiegészítőén jelentkezik, például a reakciórendszer további összetevőihez adagolt anyag hatására. A belső 14 lezárás egyértelműen a mátrixképző fém egy vagy több tulajdonsága által előidézett lezárást jelenti, például azt a 14 lezárást, amit a 13 mátrixképző fém nedvesítő hatása biztosít a 12 impermeábilis falú tartállyal való érintkezés során. Belső mechanikai 14 lezárás úgy is létrehozható, hogy az olvadék állapotú fém alapanyagból megfelelő mélységű réteget hozunk létre, vagy a 11 töltőanyagot, illetve a formatestet az olvadékba merítjük, amint arról a műszaki szintet meghatározó ismert megoldások elemzése során beszámoltunk.

»··< ft »«·· ·· »♦ • · * ·«··· * ·· · * · · ·

Számos alkalmazást tekintve kitűnt azonban, hogy a műszaki szintből ismert bemerítéses eljárások nem kellően hatékonyak, ezen túlmenően hátrányuk az, hogy végrehajtásukhoz a 13 mátrixképző fém alapanyag igen nagy feleslegére van szükség. A jelen találmányt úgy valósítjuk meg, hogy külső zárás mellett a belső zárást fizikai és kémiai eszközökkel tesszük lehetővé, így az említett belső mechanikai zárást, vagyis a bemerítést elkerülhetjük. A külső zárás egy előnyös megvalósítási módja az, hogy a 13 mátrixképző fém felületére olyan szilárd anyagot vagy folyadékot viszünk fel, amely a találmány szerinti eljárás megvalósításának viszonylag magas hőmérsékletén a 13 mátrixképző fém anyagával szemben kémiailag semleges marad. Az ilyen külső 14 lezárás megakadályozza, hogy a környező levegőből a gőz vagy gáz fázisú összetevők beáramolhassanak, vagy ha esetleg teljes mértékben nem is képes megakadályozni azt, akkor jelentősen lassítja azok áramlását. A külső fizikai 14 lezárást ezért akár szilárd, akár folyékony halmazállapotú anyagokkal, például üvegszerű készítményekkel (mint bór vagy szilícium alapú üvegekkel, bór-trioxiddal, olvasztott oxidokkal, stb.) vagy bármilyen olyan anyaggal lehet biztosítani, amely a találmány szerinti eljárás alapját jelentő reakció feltételei között képes a környező atmoszféra és a reaktív atmoszféra közötti gázáramlást esetleg lehetővé tevő közlekedési utak hatékony lezárására, illetve szűkítésére.

A külső zárás egy másik mechanikai lehetősége az, hogy a 12 impermeábilis falú tartály külső és/vagy belső felületét lecsiszoljuk, polírozzuk vagy más módon tömörré tesszük abból a célból, hogy a fal teljes mértékben zárja a környező atmoszféra összetevőinek útját a reaktív atmoszféra felé. A tartály falát zománccal, mázzal vagy hasonló tömör bevonattal, például bór-trioxid réteggel lehet bevonni, ami a megfelelő zárást biztosítja, a tartály falát impermeábilissá teszi.

Külső kémiai zárás biztosítható oly módon, hogy az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyag felületére olyan anyagot helyezünk, amely reakcióba lép például a 12 impermeábilis falú tartály anyagával. így záró hatású intermetallikus vegyület, oxid, karbid, stb. keletkezhet.

A belső fizikai zárás egy különösen előnyös lehetősége az, amikor a 13 mátrixképző fém a környező atmoszférával reakcióba lép és így a 13 mátrixképző fém kiindulási összetételétől eltérő komponensekből álló zárás alakul ki. Ha például a 13 mátrixképző fém a környező atmoszférával reakcióba lép, olyan reakciótermék keletkezik (például alumínium-magnézium ötvözet levegővel való reakciója során magnézium-oxid és/vagy magnézium-aluminát spinell, míg levegővel reakcióba lépő bronz esetében réz-oxid), amely a reaktív atmoszféra és a környező atmoszféra közé beékelődve a gázáramlás közlekedési útjait lezárja. A belső zárás egy további lehetősége az, amikor a 13 mátrixképző fémhez ezt a zárást elősegítő segédanyagot adagolunk, amely a 13 mátríxképző fém és a környező atmoszféra közötti reakcióban hasznosul (például alumínium 13 mátrixképző fém alapanyag mellett magnéziumot, bizmutot, ólmot adagolunk, míg réz vagy bronz 13 mátrixképző fém alapanyag esetében szelén, tellúr és kén alkalmazása különösen javasolt erre a célra). A belső kémiai zárás kialakításában a mátrixképző fém és a 12 impermeábilis falú tartály közötti reakció ugyancsak hasznos lehet, amikor a tar tály vagy bevonatának anyaga a 13 mátrixképző fémben oldódik és így intermetallikus vegyület képződik, amely a 11 töltőanyagot elzárja a környező atmoszférától.

Az előzőekből is következően a 14 lezárást úgy kell kialakítani, hogy az képes legyen a reakciórendszer volumetriás (összehúzódással vagy kitágulással járó), illetve egyéb változásainak követésére oly módon, hogy a környező atmoszféra ne tudjon behatolni a 11 töltőanyag szerkezetébe és adott esetben ezen át a reaktív atmoszférába. Az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyag behatol a 11 töltőanyag laza szerkezetű vagy formatestté alakított permeábilis masszájába, ilyenkor a folyamathoz felhasznált 13 mátrixképző fém alapanyagnak a kiindulási helyen felhalmozódó mennyisége csökken. A 14 lezárásnak olyan szerkezetet kell biztosítani, hogy a környező atmoszférából gázok a 11 töltőanyagba ne juthassanak be, vagyis a 13 mátrixképző fém elfogyó mennyisége által hagyott teret kitöltő környező atmoszféra ne hatolhasson be a rendszerbe.

A találmány szerinti eljárás megvalósítását gátló elem vagy szerkezet beépítése elősegítheti. Gátló elem készíthető minden olyan anyagból, amely a 11 töltőanyag egy adott határfelületénél a javasolt reakció és eljárás feltételei mellett az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyag vándorlását (migrációját), mozgását akadályozza, késlelteti, kizárja vagy megállítja. További feltétel, hogy ez az anyag az említett feltételek között strukturális integritását megőrizze, ne legyen illékony. Ennek megfelelően a gátló elem alapanyagaként vegyületek, tiszta elemek, keverékek és hasonlók használhatók, ha azok képesek az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyag ···· 4· ······ «ς ··* · ♦ 9 99

99 9 9 9 99 • 9 · 9 9 9 9 9 99 ·* ·· ·· 9999 mozgását egy adott határfelületen megállítani, illetve az e határfelület mögé történő mozgást lelassítani, akadályozni. Ez kémiai vagy más eszközökkel történhet. A gátló elem jól egészítheti ki a vákuum létrehozását, de ugyanúgy beépíthető a vákuumzáróan csukott 12 impermeábilis falú tartály belső terébe, így a gátló elemmel az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia » test alaktartása könnyíthető meg.

A gátló elem alapanyagai között az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyag, tehát a 13 mátrixképző fém alapanyag által nedvesíthető, vagy nem nedvesíthető anyagok találhatók. A nedvesítés lehetőségét úgy kell érteni, hogy a gátló elem hatására a nedvesítés ellenére is a megolvadt 13 mátrixképző fém mozgása lelassuljon, leálljon. Ez a felületi nedvesítés hiányát jelenti. Az ilyen jellegű gátló elem a 13 mátrixképző fémet alkotó anyaggal szemben kis mértékű affinitást mutat, esetleg az affinitás nincs is jelen, míg a gátló elem képes a 11 töltőanyagban vagy a formatestben egy adott felületen a 13 mátrixképző fém alapanyag további mozgását megakadályozni. A gátló elem alkalmazásának célja az, hogy az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test alaktartása biztosított legyen, az elkészült termék csak minimális mértékű utólagos megmunkálást igényeljen.

Alumíniumot mint 13 mátrixképző fém alapanyagot alkalmazva a gátló elem különösen célszerűen alakítható ki széntartalmú anyagokból, és előnyösen kristályos allotrop szénmódosulatokból, mint például grafitból. A grafitot ugyanis a megolvadt alumínium gyakorlatilag nem képes az előírt feltételek mellett nedvesíteni. A grafitot felhasználhatjuk például sza55 lagszerü formában, mint amilyen a Unión Carbide GRAFOIL márkanevű terméke, amely alkalmas a megolvadt alumínium mozgásának leállítására, ha a 11 töltőanyagban egy megadott határfelületet ezzel jelölünk ki. Az említett grafitszalag előnyös tulajdonsága az is, hogy hőállősága mellett a kémiai hatásokkal szemben szintén nagy ellánállóképességet mutat. A GRAFOIL grafitszalag rugalmas, hajlítható, alakítható és képlékeny, a legtöbb alkalmazásnál ezek a tulajdonságai hasznosíthatók a kívánt alak létrehozására. A grafitot tartalmazó gátló elem alapanyaga lehet olyan zagy vagy pasztaszerű képződmény is, esetleg vékony filmréteg, amely a 11 töltőanyag egy adott felületére felvihető, illetve a formatestbe beépíthető. A rugalmas grafitlemez jellegű kialakítás miatt javasoljuk a GRAFOIL márkanevű szalag alkalmazását. Ez papírszerű lemezet alkot, amellyel a 11 töltőanyag, illetve a formatest becsomagolható, és így a 13 mátrixképző fém alapanyaggal átjárható térfogat jól meghatározhatóvá válik. Egy másik lehetőség szerint a lemezszerű grafitot negatív alakzatként rendezzük el, az így kapott öntőedény alakja határozza meg a késztermék alakját és ezt a negatív alakzatot töltjük ki a 11 töltőanyaggal, mielőtt az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet elkészítenénk.

Ha alumínium 13 mátrixképző fém alapanyagot használunk, a gátló elem létrehozásához különösen előnyösen szenet választhatunk, mégpedig igen célszerűen annak allotrop kristályos módosulatait, különösen a grafitokat. A grafit nagy előnye, hogy a találmány szerinti eljárás javasolt feltételei mellett az olvadék állapotú alumínium fém alapanyag azt nem képes nedvesíteni. A gátló elemet a grafit már feldolgozott változataival ja vasoljuk kialakítani, gondolunk a PERMA-FOIL és GRAFOIL márkanevű grafitszalagokra. Ezek beépítésével olyan feltételek teremthetők, hogy az olvadék állapotú fém alapanyag nem képes az általuk meghatározott határfelület mögé behatolni, így ott a töltőanyagnak a megolvadt alumíniummal való kitöltése leáll. Az említett grafitszalagok hő hatásával szemben ugyancsak ellenállóak, és lényegében kémiailag semlegesek. Mindkét típusú grafitszalag fóliaszerű képződményt alkot, rugalmas, jól összefér más anyagokkal, képlékeny, könnyen alakítható. Ezért a legtöbb alkalmazási célra megfelel. A grafitból készült gátló elem létrehozható egyébként grafit alapú szuszpenzióból vagy pasztából is, de adott esetben vékony fesékrétegként szintén a rendszerbe vihető. A GRAFOIL és PERMA—FOIL márkanevű termékek lemezszerű kialakításban is hozzáférhetőek, ami ugyancsak előnyös. Ezeket a papírszerű grafitfóliákat felhasználhatjuk a töltőanyag vagy a formatest becsomagolására, amikoris ezzel az anyaggal külső határfelületet jelölünk ki, ameddig a mátrixképző fém alapanyag a töltőanyagot átjárhatja. Egy másik célszerű lehetőség szerint magát a grafitfóliát alakítjuk negatív formájú öntőedénnyé, ezt töltjük ki a töltőanyaggal és a negatív mintát a megolvasztott mátrixképző fémmel való átjáratással visszük át pozitív alakzatba .

A finomszemcsés anyagok más osztályai is jól használhatók, mint például a 0,017 mm átlagos szemcseméretű alumínium—trioxid frakció, ha gátló elemet kell létrehozni. Ezek a finomszemcsés anyagok nem minden esetben felelnek meg a kijelölt célnak, de mivel a 13 mátrixképzö fém alapanyag áthatolása rajtuk sokkal kisebb sebességgel történik, mint a nagyobb szem csőkből álló 31 töltőanyagnál.

A gátló elem felvitelére nincs általános szabály, adott esetben ismert módon határfelületet alakítunk ki az erre a célra kiválasztott anyagból. Ilyen gátló anyagréteg felvihető festéssel, szórással, szitanyomással, elpárologtatóssal, de adott esetben célszerű lehet folyadékkal, szuszpenzióval vagy pasztaszerű anyaggal a felületet beborítani, esetleg vákuumporlasztással a felületen a kívánt gátló anyagréteget lerakatni. Éppen ugyanígy megfelelő megoldás szilárd szemcsékből álló gátló réteg felszórása vagy szilárd vékonyréteg, esetleg film egy meghatározott felületen történő elrendezése. Miután a gátló elemet a kívánt helyre felvittük, a találmány szerinti eljárás megvalósítása során a létrejövő vákuum hatására az olvadék állapotú 13 mátrixképző fém alapanyag vándorlása a 31 töltőanyagon belül csak eddig a gátló elemig következik be. A gátló elemmel való érintkezéskor a 13 mátrixképző fém alapanyag mozgása leáll vagy jelentős mértékben lelassul.

Az ismert megoldásokhoz képest a vákuumos (nyomáshiányos teret hasznosító) eljárás önmagában véve is előnyös, de ezek az előnyök tovább fokozhatok, ha a jelen találmány értelmében az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállításához a gátló elemet is felhasználjuk. Ez ugyanis azt teszi lehetővé, hogy az eljárás révén nyert összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test költséges és/vagy bonyolult végső megmunkálás nélkül a kívánt alakot veszi fel, vagy könnyen arra hozható. A találmány értelmében a kereskedelmi forgalomban beszerezhető, szokásos anyagokból álló vagy a kijelölt feladatnak megfelelően megtervezett 12 impermeábilis falú tartály belső terébe 11 töl tőanyagot és/vagy kijelölt alakra hozott formatestet helyezünk el, a 12 impermeábilis falú tartályon belüli teret reaktív atmoszférával hozzuk kapcsolatba és ott olyan gátló elemet helyezünk el, amely alkalmas a 13 mátrixképző fém migrációjának leállítására vagy jelentős mértékű lelassítására. Amikor a reaktív atmoszféra a 13 mátrixképző fémmel kapcsolatba kerül — ezt folyékony állapotban önthetjük be a 12 impermeábilis falú tartályba és hozhatjuk érintkezésbe a 11 töltőanyaggal -, a megolvadt 13 mátrixképző fém és a reaktív atmoszféra egy részéből nyomáshiányos tér jön létre, amely elősegíti a 11 töltőanyagnak a 13 mátrixképző fémmel való átjáratását. Ezzel a megoldással a találmány szerinti eljárás lehetővé teszi a bonyolult utólagos megmunkálási lépések elkerülését, mivel egyebek között nincs szükség összetett alakzatú öntőedények készítésére, viszonylag nagy mennyiségű fémet befogadó olvadékfürdő fenntartására, a költséges és összetett öntőedények megsemmisítésére a kapott termék kinyerése céljából, stb. Ezen kívül a töltőanyagot a megolvasztott 13 mátrixképző fém gyakorlatilag nem tolja el helyéből, az végig a kiindulási pozícióban marad, ami gyakorlatilag elérhetetlen a folyékony fémfürdőbe merített elrendezések esetében.

A találmány szerinti eljárás bemutatásának jobb érthetőségét úgy biztosítjuk, hogy az 1. ábrán igen egyszerű alakú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítására szolgáló elrendezést mutatunk be, de nyilvánvaló, hogy ebből az egyszerű megoldásból kiindulva bonyolultabbak minden nehézség nélkül előállíthatok, különösen, ha figyelembe vesszük a továbbiakban adott útmutatásokat.

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

Az 1. ábrához képest kissé eltérő 20 elrendezést mutatunk be a 3. ábrán. Ez esetben a 12 impermeábilis falú tartályon belül 21 öntőedény van elrendezve, amelynek belső méretei és belső felületi alakzata az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test külső méreteinek és külső felületi alakzatának felelnek meg. Ebben az esetben a 21 öntőedény a 12 impermeábilis falú tartálytól eltérő alakú. Belső terébe a 11 töltőanyagot juttatjuk, amelyet a 13 mátrixképző fémmel kívánunk átjáratni. A 11 töltőanyagot hordozó 21 öntőedényt ezután 23 ágyazatba helyezzük, amely lényegében a 13 mátrixképző fém számára átjárhatatlan szerkezetet alkot. Ez az impermeábilis 23 ágyazat létrehozható például igen finom szemcsékből álló alumínium-trioxidból vagy hasonló szemcsés anyagból. A továbbiakban és a példákban még visszatérünk arra, hogy a 21 öntőedény készülhet bevonatos vagy bevonat nélküli fémekből , mint rozsdamentes acélból, továbbá kerámia anyagból, kerámiát tartalmazó összetett szerkezetekként, agyagból, alabástromgipszből, alumínium-trioxidból és szilícium-dioxidból, vagy hasonló tűzálló anyagból, amely képes a 13 mátrixképző fém mozgását lelassítani, vagy leállítani vagy amelyet olyan bevonattal látunk el, amely a 21 öntőedény anyaga és a 11 töltőanyag közé kerülve ugyanezt a feladatot el tudja látni. A 21 öntőedény akár költséges anyagokból is készülhet, mivel a találmány szerinti eljárás feltételei között anyaga és szerkezete nem feltétlenül károsodik. A 21 öntőedény adott esetben nagy pontossággal konform lehet a kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előírt alakjával. Habár vannak olyan alkalmazások, amelyeknél a 21 öntőedény az elkészült végtermék alkotó60 ···· ·· r»·· »· ·* • · · ·· ·· · • ·· ·· · · · részét képezheti, mégis a 21 öntőedény az alkalmazások többségénél többszöri felhasználásra szolgál, az elkészült összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testtől könnyen elválasztható, azzal nem reagáló, fizikailag erősebb kapcsolatba nem kerülő elemet jelent.

Miután a 11 töltőanyaggal feltöltött 21 öntőedényt a lényegében impermeábilis tulajdonságú 23 ágyazatban elhelyeztük, a 21 öntőedény felett 22 grafitfóliából álló réteget képezünk ki, amellyel elősegítjük, hogy a 21 öntőedény és a benne kapott összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test egymástól az előállítási folyamat végén könnyen elválasztható legyen. A 22 grafitfólia helyett más alkalmas anyagot is elrendezhetünk a 13 mátrixképző fém és a 21 öntőedény között. Ahhoz azonban, hogy a 13 mátrixképző fém megolvadt állapotban a 21 öntőedény tartalmába hatolhasson, a 22 grafitfólia vagy hasonló elzáró elem mellett megfelelő nagyságú 24 csatornát vagy nyílást kell hagyni, amelyen át a 13 mátrixképző fém lassan a 21 öntőedénybe vándorolhat.

A 20 elrendezést a fentiek szerint összeállítván, vagyis a 23 ágyazatban a 21 öntőedény elrendezése után a 23 mátrixképző fémet olvadék formájában juttatjuk a rendszerbe, azt a 12 impermeábilis falú tartály szabadon maradt belső terébe öntjük. A 13 mátrixképző fém így kialakult felső határfelülete fölött külső 14 lezárást hozunk létre, vagy adott esetben elegendő a 13 mátrixképző fém és a 12 impermeábilis falú tartály között belső, a rajzon nem ábrázolt lezárást létrehozni. A 20 elrendezést ezt követően levegőatmoszférájú kemencébe helyezzük és a javasolt eljárást lefolytatjuk. A 21 öntőedényen belül a 13 mátrixképző fém a 11 töltőanyagot úgy járja át, hogy abból lényegében semmi sem hatol be a 21 öntőedényt körbevevő 23 ágyazatba .

A találmány szerinti eljárás egy további célszerű megvalósítását a 4. ábrán bemutatott 30 elrendezés alapján ismertetjük. Ennél a 30 elrendezésnél az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test határfelületét kijelölő gátló elemként olyan 31 közvetítő testet építünk be a 11 töltőanyag ágyazatába, amelyet a megolvadt 13 mátrixképző fém nem képes átjárni. A 31 közvetítő test létrehozható minden olyan anyagból, amely a találmány szerinti eljárás megvalósítása során kialakuló feltételek között a 13 mátrixképző fémmel szemben átjárhatatlan marad. Ha a későbbiekben a 31 közvetítő testre az előállított összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test felépítéséhez nincs szükség, akkor anyagát úgy választjuk meg, hogy az viszonylag könnyen eltávolítható legyen. Az eltávolítás általában fizikai, kémiai vagy mechanikai műveleteket jelent. Mint a 4. ábrán látható, az ilyen jellegű gátló elem a létrehozandó testnek csak egy határfelületét jelöli ki. Ez azonban nem jelenti azt, hogy több 31 közvetítő test felhasználásával nem lehet bonyolult alakzatú belső üregeket az elkészült összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test belsejében létrehozni. A 31 közvetítő test általában elkészíthető minden olyan anyagból, amelyből öntőedényt alakíthatunk ki.

A 4. ábra szerinti 30 elrendezésben a 31 közvetítő testet a rozsdamentes acélból vagy más alkalmas anyagból készült 12 impermeábilis falú tartály belső terébe helyezzük, a belső teret a 31 közvetítő test szintjéig a 11 töltőanyaggal töltjük

- 62 ki. A 11 töltőanyag a szokásos, előzőekben ismertetett összetételű lehet. A 13 mátrixképző fémet olvadék állapotban juttatjuk a reakciórendszerbe, azt a 11 töltőanyag felületére rétegezzük, így az adott esetben akár a 31 közvetítő test felületével is érintkezhet, majd ezt követően megfelelő 14 lezárást hozunk létre, mégpedig belső vagy külső záró rétegként. A 30 elrendezést ezt követően levegőatmoszférájú kemencébe helyezzük és a nyomáshiányos teret létrehozó, az előzőekben már vázolt reakciókat lefuttatjuk. A 13 mátrixképző fém és a 11 töltőanyag között a 3. ábra kapcsán már elemzett 22 grafitfólia vagy hasonló elválasztó elem szintén elrendezhető.

A találmány szerinti eljárás egy még bonyolultabb külső és belső alakzatú termék előállítására alkalmas változatát az

5. ábra kapcsán ismertetjük. Az ezen bemutatott 40 elrendezést olyan 21 öntőedénnyel valósítjuk meg, amelynek belső méretei konformak az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test külső méreteivel, míg belső terébe 26 test kerül, amely az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test belső méreteivel azonos külső méretekkel jellemezhető. A 26 test lehet a 21 öntőedény integrális alkotórésze, de adott esetben elegendő, ha azt külön illesztjük a 21 öntőedény adott részéhez. Ha az elkészült végterméknek a 26 test nem lesz szerkezeti eleme, akkor az utóbbit olyan anyagból kell készíteni, hogy az az előállított összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test belsejéből eltávolítható legyen, mégpedig viszonylag egyszerű fizikai, kémiai vagy mechanikai eszközökkel. Ha bonyolult belső alakzatot kell meghatározni, akkor elegendő, ha ezt több 26 test jelöli ki. A 21 öntőedény és a 26 ·· ·*·* ·· ···· ·· «· « ···· · • · a ····· • ·· · · · · · · ·

- 63 test közötti teret 11 töltőanyaggal töltjük fel, a 21 öntőedényt a lényegében a 13 mátrixképző fémmel szemben impermeábilis 23 ágyazatba helyezzük. Ez utóbbit minden olyan szemcsézett anyagból, például igen finomszemcsés alumínium-trioxidból létre lehet hozni, amelyet a megolvadt 13 mátrixképző fém az eljárás feltételei között nem képes átjárni. A továbbiakban részletesen bemutatjuk, hogy a 21 öntőedény és a 26 test készülhet bevonattal ellátott vagy bevonat nélküli fémből, mint rozsdamentes acélból, grafitból, kerámia anyagból, összetett szerkezetű kerámia testként, agyagból, alabástromgipszből, alumínium-trioxidból vagy szilícium-dioxidból, továbbá olyan tűzálló anyagból, amely alkalmas a 13 mátrixképző fém behatolásának megakadályozására. További lehetőségként adódik olyan, a fentieknek nem megfelelő anyag alkalmazása is, amelyet alkalmas bevonattal láthatunk el és így az elhelyezhető a 21 öntőedény és a 26 test, valamint a 11 töltőanyag között. A 21 öntőedények és a 26 testek célszerűen többször is felhasználhatóak, így igen gazdaságosan gyárthatók. Ezen kívül lehetőséget nyújtanak arra, hogy a lehető legegyszerűbb módon biztosítsuk azt az alakot, amire az elkészült összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet hozni kell. Habár vannak olyan alkalmazások, amelyeknél a 21 öntőedény és a 26 testek közösen alkotják az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test alkotórészeit, az esetek többségében nincs erre szükség, ezért a 21 öntőedényeket és a testeket úgy kell létrehozni, hogy azok a létrejött összetett testeknek alkotórészei ne legyenek, azok anyagával kémiai reakcióba ne lépjenek.

Miután a 11 töltőanyaggal feltöltött és a 26 testet be- 64 fogadó 21 öntőedényt a 12 impermeábilis falú tartályban elhelyeztük, felső nyílására a 4. ábrához hasonló módon elválasztó elemet helyezhetünk, például 22 grafitfóliát. Ennek célja az, hogy a 21 öntőedényben létrejött összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet a 13 mátrixképző fémnek a 12 impermeábilis falú tartályban maradt részétől könnyen elválaszthassuk. Ebben az esetben viszont a 22 grafitfóliával nem szabad a 21 öntőedény beömlő nyílását teljes keresztmetszetben lefedni, hanem a 21 öntőedény belső tere és a 12 impermeábilis falú tartály belső tere között 24 csatornák maradnak, amelyeken át a 13 mátrixképző fém olvadéka a 21 öntőedénybe be tud hatolni.

Ezt követően a 13 mátrixképző fémet megolvasztjuk és a 23 ágyazat felszínére rétegezzük, ezzel a 21 öntőedény fölötti teret kitöltjük. A 40 elrendezést 14 lezárással kívülről vagy belülről a környező atmoszférától elválasztjuk. Az így létrejött szerkezetet általában ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyezzük és a javasolt eljárás végrehajtásának feltételeit biztosítjuk. A 13 mátrixképző fém képes minden nehézség nélkül a 21 öntőedény belsejébe átvándorolni, ott tehát az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test létrejön, míg a 23 ágyazatba, tehát a 21 öntőedény környezetébe a 13 mátrixképző fém nem tud behatolni, bár a rendszerben a kívánt nyomáshiányos tér keletkezésének feltételei biztosítottak.

A találmány szerinti eljárás megvalósításához a 21 öntőedény többféle módon kialakítható. Ennek megfelelően egyebek között alabástromgipsz, kolloidális alumínium-trioxid, kolloidális szilícium—dioxid alapú anyag lehet a 21 öntőedény előállításához alkalmazott keverék legfontosabb összetevője. Adott esetben ez az anyag maga is alkothatja a 21 öntőedényt, vagy a folyamatba olyan közbenső 21 öntőedény iktatható, amelynek alapján gumiból, műanyagból, viaszból vagy más hasonló alkalmas anyagból a végső 21 öntőedényt létrehozzuk. Fontos azonban, hogy a 12 impermeábilis falú tartályba kerülő 21 öntőedény és 26 test olyan anyagból álljon, amely kémiai és fizikai hatásokkal szemben elegendően ellenálló ahhoz, hogy nagyobb károsodás vagy fémmel való átjárás nélkül a javasolt eljárás feltételeit kibírja. Nyilvánvaló az a feltétel, hogy ennek az anyagnak felületi kialakításával lehetővé kell tennie az előállítani kívánt test alaktartását.

A 3. és 4. ábra olyan lehetőségeket ismertet a találmány szerinti eljárás megvalósításához, amelyeknél a 21 öntőedény negatív alakzatot képező testként ugyancsak létrehozható, amelyből aztán a negatív 21 öntőedényt készítjük. A pozitív 21 öntőedény ezután felhasználható olyan gátló elemként, amely a 11 töltőanyagot fogadja be és ennek a 13 mátrixképző fémmel való átjáratásával lehet a kívánt alakzatot létrehozni. A 21 öntőedény számos esetben bevonatot igényelhet ahhoz, hogy a 13 mátrixképző fém anyagába ne hatolhasson be, mivel ez a feltétele annak, hogy a végtermék felületi minősége és alaktartása a kívánt paramétereket mutassa. A bevonatokat sok esetben célszerűnek bizonyult kolloidális szilícium-dioxidból, kolloidális alumínium—trioxidból, kolloidális vermikulitból, kolloidális grafitból, grafitból, alumínium alapú festékből vagy hasonló anyagokból készíteni. Ezek a bevonatok megkönnyítik a 21 öntőedény és a végtermékként kapott összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test elválasztását.

Az előzőekben ismertetett megvalósítási mód egy célszerű alakjában a gumiból készült pozitív öntőedényről előállított gumiból álló negatív öntőedény helyett inkább alabástromgipszből készült 21 öntőedényt állítunk elő, amelyet ezt követően a fizikai kapcsolatot kizáró anyaggal borítunk. Az alabástromgipszből álló pozitív 21 öntőedényből a negatív 21 öntőedény előállítható alabástromgipsszel, kollodiális alumínium-trioxiddal, kollodiális szilícium-dioxiddal, vagy hasonló anyagokkal. A pozitív 21 öntőedényt ez esetben ismert módon tetszőlegesen választjuk el a negatív 21 öntöedénytől. A kapott negatív héjazatot ezután megfelelő bevonattal látjuk el és evvel olyan gátló elemet kapunk, amely a 11 töltőanyagot befogadja és a 13 mátrixképző fémmel érintkezve biztosítja a megfelelő tulajdonságú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállításának lehetőségét.

Az itt bemutatott megvalósítási mód esetében a 21 öntőedény viaszból vagy habszerű anyagokból ugyancsak kialakítható. A nyomáshiányt hasznosító javasolt találmányi eljárás ilyen jellegű megvalósítására a példák adnak útmutatást. Igen előnyös, ha az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test végső alakjának megfelelő testet viaszból vagy polisztirol habból készítünk el, amely adott esetben fizikailag könnyen eltávolítható, kémiai úton feloldható vagy hevítéssel elpárologtatható. A viaszt, a habot vagy hasonlót ezt követően a továbbiakban bemutatandó anyagba ágyazzuk. A 21 öntőedény anyagát ezután megfelelő kémiai vagy hővel történő kezelésnek vetjük alá, ezzel a 21 öntőedény anyagát eltávolítjuk, elpárologtatjuk és így a 21 öntőedény helyén belül üreg marad vissza. Ebbe az üregbe a to vábbiakban a 11 töltőanyagot juttatjuk és a találmány értelmében a megolvadt 13 mátrixképző fémmel átjáratjuk.

Bár a 3., 4. és 5. ábrák igen egyszerű alakú 21 öntőedény alkalmazását illusztrálják a megfelelő 12 impermeábilis falú tartállyal együtt, egyetlen közös 12 impermeábilis falú tartályon belül több 21 öntőedény illeszthető egyetlen rendszerbe, ha bonyolult alakzatot vagy több terméket kívánatos előállítani.

A fentiekben ismertetett elrendezésekben a 21 öntőedények különálló 12 impermeábilis falú tartályokba kerültek, de ez nem az egyetlen lehetőség: a 21 öntőedények egyetlen tartály közös belső terében ugyancsak elhelyezhetők. A gázzal szemben impermeábilis anyagú 21 öntőedény helyett olyan permeábilis anyagú 21 öntőedény is használható, amelyet alkalmas módon teszünk impermeábilissá. A 14 lezárást közvetlenül a 21 öntőedény fölött is létrehozhatjuk, ezzel a 12 impermeábilis falú tartály szerepét a 21 öntőedény veszi föl. A 6. ábrán bemutatott módon 51 öntőedényt 52 impermeábilis felülettel (vagy impermeábilis felületekkel) alakítunk ki, ahol az üreget a 11 töltőanyag tölti ki. A 13 mátrixképző fémet a 11 töltőanyag mellett helyezzük el és a megfelelően kialakított 14 lezárással a környezettől elválasztjuk. A 6. ábra szerint így olyan 50 elrendezés hozható létre, amely öntartó 21 öntőedényt és 12 impermeábilis falú tartályt tartalmaz, és amelyben a 21 öntőedény belső üregének megfelelő alakú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test nyerhető.

A találmány szerinti eljárást a továbbiakban konkrét megvalósítási példák alapján mutatjuk be még részletesebben.

<!

Ezeket a példákat azonban nem lehet az oltalmi igény korlátozásaként felfogni, azok egy-egy különösen előnyösnek tekintett megvalósítási módot ismertetnek, amelyek alapján szakember köteles tudásához tartozóan további előnyös megvalósításokat tud megtervezni.

1. PÉLDA

Annak bizonyítására, hogy a találmány szerinti eljárás alkalmas szoros illeszkedésű negatív felületekre támaszkodó öntési módszerek alapján összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testek előállítására, olyan elrendezést alakítottunk ki, amelylyel kis méretű golyós szelep készíthető. A mintegy 32 mm külső átmérőjű mozgórész (golyó) ez esetben mintegy 19 mm belső átmérőjű üreggel működik együtt. Az 5. ábra azt az elrendezést mutatja, amelynek alapján ez a példa megvalósítható. így lényegében már a kívánt méretű összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test állítható elő.

Formázó gumikeverékböl (a Plastic Tooling Supply Co. , Easton, Pennsylvania, cég GI-1000 jelű terméke, amely mintegy 10 tömegrész gumiban mintegy 1 tömegrész aktivátort tartalmaz) a golyós szelepnek megfelelő patricát öntöttünk körbe és így negatív 21 öntőedényt kaptunk. A negatív 21 öntőedény megkötése után a patrica három másolatát készítettük el úgy, hogy a negatív 21 öntőedény belsejét mintegy 5 tömeg% polivinil-acetát alapú ragasztószert (a Borden Co., Columbus, Ohio, cég ELMER'S márkanevű terméke), mintegy 6 tömeg% alabástromgipszet (a Bondex International Inc., Brunswick, Ohio, cég Bondex márkanevű terméke), mintegy 26 tömeg% vizet és a maradék mintegy 63 tő meg%-ban 0,017 mm átlagos szemcseméretű alumínium—trioxidot (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, cég 38 Alundum jelű terméke) tartalmazó keverékkel öntöttük ki. Az így kapott replikátumokat a negatív 21 öntőedénnyel együtt kb. —18 °C hőmérsékletű hűtőtérbe helyeztük és hozzávetőlegesen két órán keresztül fagyasztottuk. Ezt követően a 21 öntőedényt és a patrica replikátumait egymástól elválasztottuk. Ez utóbbiakat mintegy 46 °C hőmérsékletű kemencében levegő áramoltatása mellett szárítottuk. A patrica megfelelő mértékben kiszárított replikátumait két rétegben a Pép Boys (Philadelphia, Pennsylvania) cég által forgalmazott P-1140 jelű ezüstfestékkel borítottuk be.

A festékréteg megszáradását követően a kialakított replikátumokhoz három 21 öntőedényt készítettünk elő, amelyeket mintegy 1 rész kollodiális szilícium-dioxidból (a Nyacol Products, Ashland, Massachussetts, cég NYACOL 2040 NH^ jelű terméke), mintegy 2 rész 0,017 mm átlagos szemcsézettségü alumínium—trioxidból (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, cég 38 Alundum jelű terméke), mintegy 1 rész 0,066 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxid (a Norton Co,, Worcester, Massachussetts, cég 38 Alundum jelű terméke) és mintegy 0,2 rész víz volt. A keverék homogenizálása után belőle a gázokat eltávolítottuk, habosodását megszüntettük, majd a patrica replikátumaira öntöttük és hagytuk, hogy mintegy két órán keresztül szobahőmérsékleten száradjon. A mintegy két óra időtartam elteltével a keverék felesleges víztartalmát leöntöttük és a replikátumokat a gátló elemet képező keverékkel együtt fagyasztószekrénybe helyeztük, ahol mintegy nyolc órán keresztül -18 °C körüli hőmérsékleten fagyasztottuk. A 21 öntőedénnyel körbevett repliká tumokat ezt követően ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük, amelyet mintegy 1000 c hőmérsékletre előfütöttünk. Itt hozzávetőlegesen egy órán keresztül tartottuk őket, majd a 21 öntőedény belsejéből a patrica replikátumainak a magas hőmérséklet hatására tönkrement anyagát, illetve ennek az anyagnak a maradványait kifújással eltávolítottuk. A 21 öntőedény belső felületeit ezt követően mintegy 50 tömeg% kolloidális vermikulit (a W. R. Grace and Co., Lexington, Massachussetts, cég Microlite No 903 jelű terméke) és mintegy 50 tömeg% víz alapján készített keverékkel öntöttük le. Ezt a keveréket hagytuk leülepedni, ez mintegy két percet vett igénybe, majd a maradékot a 21 öntőedényekből kiöntöttük. így 25 bevonat képződött. A 21 öntöedényeket ezt követően mintegy 110 ’C hőmérsékletre melegített kemencében tartottuk és két órán keresztül szárítottuk. Ezután a 21 öntőedényeket a hőmérséklet 1000 °C-ra történő melegítésével egy órán keresztül égettük ki.

A gátló elemet alkotó réteggel a fentiek szerint bevont 21 öntőedényeket 12 impermeábilis falú tartályba helyeztük, amelyet 304 jelű rozsdamentes acélból készítettünk. A 12 impermeábilis falú tartály falvastagsága 1,6 mm, magassága mintegy 83 mm, belső átmérője pedig mintegy 61 mm volt. A 21 öntőedények és a rozsdamentes acélból készült 12 impermeábilis falú tartály közötti térbe 23 ágyazatként 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxid (a Norton Co., Worcester, Massachussetts cég 38 Alundum jelű terméke) került. A 21 öntőedények egyikébe 11 töltőanyagot juttattunk, amely mintegy 50 tömeg%ban 0,43 mm átlagos szemcsézettségű és mintegy 50 tömeg%-ban 0,216 mm átlagos szemcseméretű alumínium-trioxidból (mindkettő a Norton Co., Worcester, Massachussetts, cég 38 Alundum jelű terméke) állt. A második 21 öntőedényt 11 töltőanyagként olyan keverékkel töltöttük fel, amely mintegy 50 tömeg%-ban alumínium-trioxidból és a maradék mintegy 50 tömeg%-ban cirkónium-dioxidból (a Norton Co. MCA 1360 jelű terméke) állt. A harmadik 21 öntőedény belsejébe 11 töltőanyagként olyan keverék került, amely mintegy 98 tömeg%—bán 0,066 mm átlagos szemcseméretű alumínium-trioxidból (a Norton Co. El Alundum jelű terméke) és a maradék mintegy 2 tömeg%-ban magnézium porból (Atlantié Equipment Engineers, Bergenfield, New Jersey cég terméke) 0,044 mm lyukbőségű szitával nyert frakcióból állt. A 11 töltőanyagokkal a fentiek szerint kitöltött 21 öntőedényeket ezt követően 22 grafitfóliával (a TT America, Portland, Oregon, cég PERMA-FOIL jelű terméke) fedtük le. A találmány szerinti eljárás lefolytatása céljából 13 mátrixképző fémként kereskedelmi forgalomban beszerezhető 6061 jelű alumíniumötvözetet használtunk, amelyet megolvasztás után mintegy 2 tömeg% magnézium hozzáadásával tovább ötvöztünk. A 13 mátrixképző fémből mintegy 270 g-ot juttattunk a 12 impermeábilis falú tartály rozsdamentes acéllal körbevett belső terébe, pontosabban a 21 öntőedények felületére. A 13 mátrixképző fém olvadékának szabadon marad felszínét ezt követően porított bór-trioxiddal szórtuk be és az így létrejött 40 elrendezést mintegy 900 °C hőmérsékletre előfütött ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Először mintegy tizenöt percig biztosítottuk a hőmérsékletet a bór-trioxid por megolvasztása és gáztalanítása céljából, hogy ily módon a 14 lezárást, tehát a 40 elrendezésnek gázzáró lezárását biztosítsuk. Ezután a megemelt hőmérsékletet még mintegy

- 72 két órán keresztül tartottuk fenn, majd a 40 elrendezéseket a bennük levő összetevőkkel együtt a kemencéből kiemeltük és vízhűtésű réz hűtőlapra helyeztük, amivel az előállított összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testek irányított hűtését kívántuk biztosítani.

Miután a 12 impermeábilis falú tartály és tartalma szobahőmérsékletre hűlt le, a tartálytól a 13 mátrixképző fém szilárd maradványait elválasztottuk, a 21 öntőedényeket kinyertük. Megállapítottuk, hogy a 22 grafitfóliák megkönnyítették a 13 mátrixképző fém maradékának hatékony eltávolítását a létrehozott három összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test, azaz a golyós szelep felületéről. Ezen túlmenően az is egyértelmű volt, hogy a 13 mátrixképző fém nem járta át a 0,017 mm átlagos szemesézettségű alumínium-trioxidból álló 23 ágyazatot. A 21 öntőedényeket ezt követően homokfúvó elrendezésbe raktuk és a 21 öntőedények maradványait homokfúvással eltávolítottuk, így az alumínium alapú kerámia jellegű golyós szelepeket kinyertük, ezek a kívánt méretű alakzatként jöttek létre.

A 7. ábrán 61 golyós szelepek láthatók, amelyeket összetett szerkezetű alumínium mátrixú kerámia testekként hoztunk létre. Ez a példa jól bizonyítja, hogy a nagyon finom szemcsékből álló porok, a grafit anyagok és a megkötött igen finom porszerű anyagok jól használhatók gátló elemként, így a találmány szerinti eljárás végrehajtása során nagy pontossággal lehet egy adott méretű és alakú terméket elkészíteni.

2. PÉLDA

Evvel a példával a 13 mátrixképző fémek közül a bronzöt73 vözetek alkalmasságát kívántuk bizonyítani ugyancsak a mintakészítés technikájának felhasználásával, amikoris viszonylag bonyolult kerámia anyagú alakzatot készítettünk a javasolt eljárással, vákuum kialakításával és felhasználásával.

A kísérleti lépések lényegében azonosak voltak az 1. példa megvalósítása során követettekkel, kivéve a 13 mátrixképző fém anyagát és a megmunkálási hőmérsékleteket. A 2. példában a 40 elrendezés az 5. példa szerinti alakú volt. A 13 mátrixképző fém olyan bronzötvözet volt, amely mintegy 6 tömeg% szilíciumot, mintegy 0,5 tömeg% vasat és 0,5 tömeg% alumíniumot tartalmazott rézben. A 12 impermeábilis falú tartály ezúttal is rozsdamentes acélból készült, belső átmérője 41 mm körül, magassága mintegy 67 mm volt. A 11 töltőanyagot 0,216 mm átlagos szemcseméretű alumínium-trioxidból (a Norton Co. El Alundum jelű terméke) készítettük el. A 40 elrendezést mintegy két órán keresztül tartottuk hozzávetőlegesen 1100 ’c hőmérsékletű ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemence belső terében, majd ezt követően onnan kivettük és tartalmát vízhűtésű réz hűtőlapon irányított módon megszilárdítottuk.

A szobahőmérsékletre lehűlt 40 elrendezést szétszereltük, az 1. példához hasonlóan megállapíthattuk, hogy a 22 grafitfólia megkönnyítette a 13 mátrixképző fém 66 maradványának eltávolítását a végtermékből és így a 8. ábrán bemutatott 63 golyós szelep jött létre, amelyet a kívánt tulajdonságú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként nyertünk. A 63 golyós szelep felületéhez a 22 grafitfólia maradványai és a 13 mátrixképző fém 66 maradványa kapcsolódott. Ez a példa azt igazolta, hogy bronz kiindulási fém alapanyag esetén is a rendkí74 » · · · ··♦«* 4 · • · · · · » · • « ♦ · * · « vül finom részecskékből álló ágyazatok, a grafit elemek és a megkötött finomszemcsés porok gátló elemként képesek működni, a vákuum hatására a kívánt alakú és méretű összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test létrejön.

3. -4. PÉLDA

Ezekkel a példákkal a nyitott oldalfelületű öntőedények felhasználhatóságát vizsgáltuk. Azt kívántuk megállapítani, lehetséges-e a találmány szerinti eljárás felhasználásával olyan feltételeket teremteni, hogy a kívánt méretű és alakú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test jöjjön létre. A 3. példa megvalósításához alumíniumot, a 4. példáéhoz bronzot használtunk. Mindkét esetben az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet fogaskerékként szándékoztuk létrehozni, amihez mintegy 38 mm külső átmérőjű és nagyjából 10 mm maximális vastagságú patricát használtunk. A 3. és 4. példát a 3. ábrán bemutatott elrendezés felhasználásával valósítottuk meg.

A patrica alapján negatív 21 öntőedényt készítettünk gumi alapú formázó keverékből (a Plastic Tooling Co., Easton, Pennsylvania, GI-1000 jelű terméke), amely mintegy 1 rész aktivátort tartalmaz mintegy 10 rész gumi alapanyagban. Ezzel a keverékkel a patricát kiöntöttük. Miután a 21 öntőedény megfelelő mértékben megkeményedett, a patricát és a 21 öntőedényt egymástól elválasztottuk és a negatív alakzatot meghatározó 21 öntőedényt kétszer fluorozott szénhidrogén alapú száraz kenőanyaggal szórtuk be (a Miller-Stephenson Chemical Company, Inc., Danbury, Connecticut, cég MS-122 jelű terméke). Ezt követően a negatív 21 öntőedény alapján az előzőekben, meghatározott Gl75 —1000 jelű gumi alapú formázó keverékből pozitív 21 öntőedényt készítettünk el. Ez utóbbi anyagának megkötése után a két pozitív 21 öntőedényt egymástól elválasztottuk és két 21 öntőedényt készítettünk, mégpedig a következők szerint:

Mintegy 1 rész kollodiális szilícium-dioxidot (a Nyacol Products, Ashland, Massachussetts, cég NYACOL 2040 NH^ jelű terméke), mintegy 2 rész 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium—trioxidot (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, cég 38 Alundum jelű terméke), mintegy 1 rész 0,066 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidot (a Norton Co. , Worcester, Massachussetts, cég 38 Alundum jelű terméke) és mintegy 0,2 rész vizet összekevertünk és a keveréket homogenizálás után hagytuk leülepedni, belőle a gázok eltávoztak, habosodása megszűnt. A pozitív 21 öntőedényt ezzel a keverékkel leöntöttük és mintegy két órán keresztül hagytuk szobahőmérsékleten leülepedni, megkeményedni. A két óra elteltével a víz feleslegét a megkeményedett keverékről leöntöttük és a pozitív 21 öntőedényt tartalmazó összeállítást fagyasztószekrénybe helyeztük, ahol nagyjából nyolc órán keresztül —18 ’c körüli hőmérsékleten tartottuk. Ezután a pozitív 21 öntőedényt elválasztottuk a 21 öntőedényektől és a még megfagyott 21 öntőedényeket ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe raktuk, amelyet előzetesen 1000 ’c hőmérsékletre előfütöttünk. A kemencéből kivett 21 öntőedények üregébe mintegy 50 tömeg% kolloidális vermikulitból (a W. R. Grace and Company, Lexington, Massachussetts, cég Microlite No 903 jelű terméke) és a maradék mintegy 50 tömeg%-ban vízből álló bevonó keveréket juttattunk. Ezt a keveréket hagytuk leülepedni, ez mintegy két percet vett igénybe, majd maradékát leön- 76 töttük és így a 3. ábrán nem bemutatott bevonatot képeztünk a 21 öntőedény üregének belső felületén. A bevonattal ellátott 21 öntőedényeket mintegy 110 °C hőmérsékletű kemencében két órán át szárítottuk. A mintegy két órás szárítást követően a 21 öntőedényeket és a belső üregüket borító bevonatot mintegy 1000 °C hőmérsékleten újból kiégettük, ez mintegy egy órát vett igénybe.

A 21 öntőedények mindegyikét egy-egy külön 12 impermeábilis falú tartályba helyeztük, amelyek lényegében az 1. példa megvalósításához alkalmas tartályok voltak. A 21 öntőedény és a 12 impermeábilis falú tartály belső felülete közötti teret a Norton Co. cég 38 Alundum jelű alumínium-trioxidjából készült 23 ágyazattal töltöttük ki, amelyet 0,017 átlagos szemcsézettségű por alkotott. A 3. példa megvalósításához a 11 töltőanyagot 0,216 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) hoztuk létre, ezt a 21 öntőedénybe vittük, majd szintjét kiegyengettük. A 4. példában a 11 töltőanyag ugyancsak a Norton Co. cég 38 Alundum jelű alumínium-trioxid jából kiválasztott 0,216 mm átlagos szemcsézettségű frakció volt. Ez esetben is a 21 öntőedénybe vitt 11 töltőanyag szintjét kiegyengettük. A 4. példa megvalósítása során a 21 öntőedény felületét 22 grafitfóliával részben beborítottuk (ez a TT America, Portland, Oregon cég PERMA-FOIL márkanevű terméke volt).

A 13 mátrixképző fém alapanyag a 3. példa esetében olyan alumíniumötvözet volt, amely mintegy 7,5 - 9,5 tömeg% szilíciumot, mintegy 3,0 - 4,0 tömeg% rezet, legfeljebb 2,9 tömeg% cinket, mintegy 0,2 — 0,3 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 1,3 tö··

meg% vasat, legfeljebb 0,5 tömeg% mangánt, továbbá legfeljebb 0,35 tömeg% ónt tartalmazott. Ennek olvadékából a 11 töltőanyaggal kitöltött 21 öntőedény felületénél mintegy 13 mm mély réteget készítettünk. A 4. példa esetében a 13 mátrixképző fém alapanyag olyan rézötvözet (bronzötvözet) volt, amelyet mintegy 6 tömeg% szilíciummal, továbbá 0,5 tömeg% vassal és hozzávetőlegesen ugyancsak 0,5 tömeg% alumíniummal ötvözött réz alkotott. Ebből a 22 grafitfóliával borított 21 öntőedény szintje fölött mintegy 13 mm mély réteget alakítottunk ki. Mindkét 12 impermeábilis falú tartályban a 13 mátrixképző fém olvadékának felületét porított bór-trioxiddal lényegében teljes mértékben lefedtük és a 20 elrendezéseket mintegy 900 °C hőmérsékletre a 3. példa esetében és mintegy 1100 °C hőmérsékletre a 4. példa esetében előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. A 3. példa esetében a mintegy 900 °C hőmérsékletet két órán keresztül tartottuk fenn és ugyancsak hozzávetőlegesen két órán keresztül biztosítottuk a 4. példa esetében a mintegy 1100 °C hőmérsékletet. Ezt követően a 20 elrendezéseket a kemencéből kivettük és vízzel hűtött réz hűtőlapokra helyeztük, amivel a bennük levő anyagot irányított módon megszilárdítottuk.

A szobahőmérsékletre lehűlt 20 elrendezésekben a 12 impermeábilis falú tartályokat a 21 öntőedényektől elválasztottuk. A 4. példa esetében azt állapítottuk meg, hogy a 22 grafitfólia alkalmazásának következtében a 13 mátrixképző fém maradványa jól elválasztható volt a kialakult összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testtől. A 3. és 4. példa mindkettő azt bizonyította, hogy a kapott összetett szerkezetű fém mátrixú « 1 · ·

- 78 ~ kerámia test a kiindulási alakzatnak nagy pontossággal megfelelő méretű és alakú volt. A 9a. ábra a 3. példa szerint megvalósított 70 alumínium fogaskerék, a 9b. ábra a 4. példa szerint létrehozott 71 bronz fogaskerék fényképét mutatja.

5. PÉLDA

Ez a példa azt volt hivatott igazolni, hogy viaszból készült minta felhasználásával a találmány szerinti eljárás alkalmas olyan feltételek megteremtésére, amikoris a vákuum (nyomáshiányos tér) hatására kívánt alakú, illetve a kívánt alakot igen jó pontossággal elérő külső felületű összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test állítható elő. Ez esetben belsőégésű motor dugattyúját kívántuk alumínium alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként létrehozni. A dugattyú elkészítéséhez mintegy 199 mm külső átmérőjű és legfeljebb mintegy 19 mm magasságú patricát vettünk alapul, míg a termék előállításához a 10a. ábrán vázlatos keresztmetszetben bemutatott elrendezést használtuk.

Gumi alapú öntészeti keverékkel (a Plastic Tooling Co., Easton, Pennsylvania, cég GI-1000 jelű terméke, amely 10 rész gumi alapanyagban mintegy 1 rész aktivátort tartalmaz) a patricát körbeöntöttük. A gumi megkötése után így a patricáról pozitív replikátumot készítettünk, mégpedig a negatív 21 öntőedénybe a Casting Supply House, New York, New York cég 9 jelű vörös extrudált viaszát öntöttük, miután azt megolvasztottuk. A viasz megszilárdulása után a gumi 21 öntőedényt a pozitív viasz replikátumtól elválasztottuk.

Az így kapott mintát ezután rozsdamentes acélból készült • · impermeábilis falú tartályba helyeztük. Gátló elemként a 12 impermeábilis falú tartályba olyan keveréket öntöttünk, amely mintegy 3 rész 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium—trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) és mintegy 1 rész kolloidális alumínium-dioxidból (a Wesbond Corporation, Wilmington, Delaware, cég Bluonic A jelű terméke) állt. Ezt a keveréket olyan mennyiségben juttattuk a 12 impermeábilis falú tartályba, hogy lényegében a pozitív alakzatot jelentő viasz replikátumot beborítsuk. A gátló elem mintegy hat óra alatt megkeményedett és így 21 öntőedényt képező héjszerkezet alakult ki. A 12 impermeábilis falú tartályt és a benne levő összetevőket levegőatmoszférájú kemencébe helyeztük, amelyben mintegy 180 °C hőmérsékletet biztosítottunk. Ezen a hőmérsékleten nagyjából három órán át szárítottuk, ez idő alatt a viasz megolvadt, a rendszerből eltávolítható volt és így a 21 öntőedényben üreg maradt vissza. A 12 impermeábilis falú tartályt ezután ellenállásfütésű levegőatmoszférájú tokos kemencében rendeztük el, ennek belső terében mintegy 1000 ’c hőmérsékleten egy óra alatt a viasz maradványait kiégettük, így a 21 öntőedény belsejében a patrica alakját pontosan tükröző negatív alakzatot készítettünk.

A 21 öntőedényben az eltávolított viasz helyén maradt üregbe ezt követően olyan 11 töltőanyagot juttattunk, amely lényegében 0,066 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidból (a Norton Co. 39 Crystolon jelű terméke) állt. A 13 mátrixképző fém ez esetben alumíniumötvözet volt, amely nagyjából 7,5 - 9,5 tömeg% szilíciumot, mintegy 3,0 - 4,0 tömeg% rezet, legfeljebb

2,9 tömeg% cinket, mintegy 0,2 — 0,3 tömeg% magnéziumot, lég- • · · *····* * • ·« · · · · « • · · ·· · « · · · • · ·· *· ·♦ · ·

- 80 feljebb 1,3 tömeg% vasat, továbbá legfeljebb 0,5 tömeg% mangánt és legfeljebb 0,35 tömeg% ónt tartalmazott. Ezt az ötvözetet megolvasztottuk és a 12 impermeábilis falú tartályba öntöttük, mégpedig belőle a 0,066 mm átlagos szemesézettségű szilícium-karbidból álló 11 töltőanyaggal kitöltött 21 öntőedény felett mintegy 13 mm mély réteget hoztunk létre. A megolvadt alumíniumötvözet felületére porított bór-trioxidot (a Fisher Scientific terméke) szórtunk.

Az így kapott 160 elrendezést, amely a rozsdamentes acél anyagú 12 impermeábilis falú tartályból és annak tartalmából állt, megintcsak ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük, amelyet 850 °C hőmérsékletre hevítettünk. Mintegy tizenhat órán keresztül az elrendezést ezen a megemelt hőmérsékleten tartottuk, ennek kezdetén a bór-trioxid megolvadt, gázoktól és gőzöktől mentes keverékké vált, amely a 13 mátrixképző fém felületén impermeábilis jellegű 14 lezárást alkotott. A kijelölt időtartam elteltével a 160 elrendezést a kemencéből kivettük és hagytuk lehűlni.

A szobahőmérséklet elérése után a 12 impermeábilis falú tartályt a tartalmától elválasztottuk, a 21 öntőedényt homokfúvással megsemmisítettük és így feltártuk azt az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet, amely a kiindulási dugattyú alakjának pontosan megfelelt. A 10b. ábra a végtermékként kapott 80 dugattyút mutatja be, amelynek összetett szerkezetét 82 külső felületén megmunkáltuk. A 10b. ábra azt bizonyítja, hogy a 80 dugattyúban a javasolt megoldással nagy pontosságú 81 belső üreg hozható létre.

6. PÉLDA

Az 5. példa megvalósítása során követett lépéseket ismételtük meg azzal a különbséggel, hogy a 21 öntőedényt, amely egyúttal gátló elemet képezett, mintegy 2 rész 0,066 mm és mintegy 1 rész 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, cég 38 Alundum jelű termékének frakciói), valamint mintegy 1 rész kolloidális alumínium-trioxidból (a Wesbond Corporation, Wilmington, Delaware, cég Bluonic A jelű terméke) álló keverékből alakítottuk ki. A patrica ez esetben mintegy 70 mm külső átmérőjű és nagyjából 64 mm magasságú dugattyú volt.

Az 5. példa szerint összeállított 160 elrendezést ez esetben mintegy négy órán keresztül hozzávetőlegesen 850 °C hőmérsékleten tartottuk és ezt követően vízhűtésű rézlemezen irányított módon lehűtöttük. Mint az 5. példában is, ez esetben a 13 mátrixképző fém teljes mértékben átjárta a 11 töltőanyagot, a kinyert összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test nagy pontossággal követte az eredeti test alakját. A 11a. ábra a találmány szerinti eljárással kapott 90 dugattyú fényképét mutatja be, amit az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testről készítettünk annak kinyerése és homokkal történő lefúvása után. A 11b. ábra a 90 dugattyút 91 külső felületének megmunkálása után ábrázolja.

7. PÉLDA

Ezzel a példával azt kívántuk bizonyítani, hogy a találmány szerinti eljárás megvalósítható grafit öntőedény felhasz···* *· *·«» «* ·· « · · « 4» · · · • ♦ · ♦ · ·· · • · · · · ·· · ♦ ♦ nálásával, amely szintén biztosítja a nyomáshiányos tér kialakulásának feltételeit. Ez esetben a 3. ábra szerinti 20 elrendezést hasznosítottuk.

Az eljárás végrehajtásához 21 öntőedényt grafitból készítettünk (ez a Unión Carbide ATJ minőségű grafitja volt, amelyet az MGP, Womelsdorf, Pennsylvania cég szállított). A 21 öntőedény belső átmérője mintegy 32 mm, magassága 51 mm, falvastagsága hozzávetőlegesen 13 mm volt. Ezt a 12 impermeábilis falú tartály rozsdamentes acélból készült falaival meghatározott térbe helyeztük, ahol a belső átmérő mintegy 67 mm volt, a magasság pedig 89 mm körüli. A 12 impermeábilis falú tartály

1,6 mm vastag AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készült. A 21 öntőedény és a 12 impermeábilis falú tartály belső falfelületei közötti tereket lényegében teljes mértékben 23 ágyazattal töltöttük ki, amely 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium—trioxidból (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, El Alundum jelű terméke) állt és a 12 impermeábilis falú tartály belső terét az adott szintig gyakorlatilag maradéktalanul elfoglalta. A 21 öntőedény grafittal határolt hengeres üregét ezután mintegy 80 g mennyiségű 11 töltőanyaggal telítettük, amely 0,216 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) állt. A 23 ágyazat felületére a 21 öntőedény felső nyílásának szintjénél 22 grafitfóliát (a TT America, Portland, Oregon, PERMA-FOIL· jelű terméke) helyeztünk el, amely ezt a nyílást majdnem teljesen lezárta, de kis rés maradt mellette. A 12 impermeábilis falú tartályba a 22 grafitfóliával borított 21 öntőedény szintje fölött mintegy 25 mm mély rétegben 13 mátrixképző fémként bronzt öntöttünk, amely réz mellett ·*·« ··

- 83 mintegy 6 tömeg% szilíciumot, mintegy 0,5 tömeg% vasat és mintegy 0,5 tömeg% alumíniumot tartalmazott. A 13 mátrixképző fémet mintegy 1100 °C hőmérsékletű olvadékként juttattuk a reakciórendszerbe. Felületére hozzávetőlegesen 20 g porított bór-trioxidot (a Johnson Matthey, Seabrook, New Hampshire cég Aesar márkanevű terméke) szórtunk és vele lényegében a 13 mátrixképző fém felületét lefedtük. Az így kapott 20 elrendezést a 12 impermeábilis falú tartálynál fogva ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük, amelynek hőmérséklete mintegy 1100 ’c volt. Ezen a hőmérsékleten nagyjából két órán át tartottuk, ennek elején a bór-trioxid megolvadt, olvadékából gáztartalma eltávozott és így gázzal szemben impermeábilis 14 lezárás alakult ki. A kijelölt időtartam elteltével a 12 impermeábilis falú tartályt a kemencéből kivettük és vízhűtésű vörösréz lemezre helyeztük, amivel tartalmát irányított módon megszilárdítottuk, így az összetett szerkezetű bronz mátrixú kerámia testet előállítottuk.

A 20 elrendezést szobahőmérsékleten szétszereltük és azt állapítottuk meg, hogy a 13 mátrixképző fém bronz anyaga a 11 töltőanyagot átjárta, így a kívánt dugattyú alakú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test jött létre, amely minden felületén megfelelő felületi minőségű volt. A 12. ábra olyan 100 dugattyút mutat be, amely bronz alapú testként jött létre, és amelyet a találmány szerinti eljárásnak a fentiekben ismertetett példája alapján állítottunk elő.

8. PÉLDA

Azt kívántuk bebizonyítani, hogy grafitból készült belső ·««· test felhasználásával a találmány szerinti eljárással előállított összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test belső felülete a kívánt jó minőséggel alakítható ki. A kísérlet megvalósításához a 4. ábrán bemutatotthoz hasonló elrendezést használtunk. Grafitból (a Unión Carbide AGSX minőségű grafitja) 31 közvetítő testet készítettünk, amelynek belső átmérője 24 mm körüli, magassága mintegy 38 mm volt. A 31 közvetítő test kör keresztmetszetű volt, kerülete mentén egymástól mintegy 20° távolságra, a felületből mintegy 1,6 mm szélességű, hozzávetőlegesen 38 mm-re kiálló bordák voltak. így tehát viszonylag bonyolult alakzatot kívántunk előállítani.

A célul kitűzött alakzat negatívjának megfelelő 31 közvetítő testet, amely az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállításának alapját jelentette, mintegy 48 mm belső átmérőjű és 89 mm körüli magasságú, 1,6 mm vastag AISI 304 jelű rozsdamentes acéllemezből készült 12 impermeábilis falú tartályba helyeztük. A 11 töltőanyag ez esetben mintegy 95 tömeg% 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidból (a Norton Co. 39 Crystolon jelű terméke) és mintegy 5 tömeg%-ban 0,045 mm lyukbőségű szitával nyert ón frakcióból (az Atlantié Equipment Engineers, Bergenfield, New Jersey, cég terméke) állt. Ezt a 12 impermeábilis falú tartály rozsdamentes acéllal meghatározott felülete és a bordázott 31 közvetítő test által kijelölt gyűrűszerű téren keresztül öntöttük be. A grafitból álló 31 közvetítő testet körbevevő 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidból álló 11 töltőanyag felületére ezután mintegy 38 mm mélységben megolvasztott 13 mátrixképző fémet öntöttünk, amely 5 tömeg% szilíciumot, továbbá mintegy 2 tömeg% vasat, valamint *«·4 ·· ···· «··♦ • · · ···*·4 · · · . · · ·* • · · * · 4 t 4 44 tömeg% körüli mennyiségben cinket tartalmazó rézötvözet, azaz bronz volt. A bronz felületére mintegy 20 g porított bórtrioxidot (a Johnson Matthey, Seabrook, New Hampshire Aesar márkanevű terméke) szórtunk. Az így kialakult 30 elrendezést, amelyben a 13 mátrixképző fémet a bór—trioxid lényegében teljes mértékben lefedte, 1100 °C hőmérsékletű ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe raktuk. Ezt követően a bór-trioxid teljes mértékben megolvadt, belőle gáztól mentes olvadék keletkezett, amely gázokkal szemben impermeábilis 14 lezárást alkotott. A megemelt hőmérséklet hatásának a 30 elrendezést mintegy két órán keresztül tettük ki, ami alatt a 13 mátrixképző fém szintje jelentős mértékben lesüllyedt. A 12 impermeábilis falú tartályt ezután a kemencéből kivettük és hagytuk tartalmát megszilárdulni. A szobahőmérsékletre lehűlt 30 elrendezést szétszereltük és így a 31 közvetítő test grafit anyagát körbevevő bronz alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kaptunk.

Az előzőekben elmondottakkal összhangban elkészített összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test belsejéből a 31 közvetítő test grafit anyagát úgy távolítottuk el, hogy a két test együttesét megintcsak ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük, amelynek hőmérséklete mintegy 600 °c volt. Mintegy tizenkét órát tartott, amíg a 31 közvetítő test grafit anyaga lényegében teljes mértékben oxidálódott és eltávozott, ami után olyan bronz alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test volt kinyerhető, amelynek belső felülete teljes mértékben megfelelt a 31 közvetítő test kiindulási külső felületének. A 13. ábra 110 hengert mutat be, amelynek 112 kül86 ·4·4 ·· ···« ·· ·· • · · 4···· ső felülete külön megmunkálással alakult ki, 111 belső felülete pedig a grafitból készült 31 közvetítő test külső felületét inverz módon adja vissza.

9. PÉLDA

A találmány szerinti eljárás megvalósítható megfelelően megmunkált fém öntőedény alkalmazásával, aminek segítségével a kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test létrehozható. Ezt bizonyítja a jelen példa, amelynek végrehajtásához a

14. ábrán vázlatos keresztmetszetben bemutatott elrendezést állítottuk össze.

Lényegében kb. 35 mm belső átmérőjű félgömb alakú üreggel ellátott öntősablont hoztunk létre alumíniumötvözetből. Ez mintegy 21 mm magas és 45 mm körüli átmérőjű volt, amit szokványos fémmegmunkálási lépésekkel készítettünk el. Kialakításához szokványos alumíniumötvözetet használtunk. Ezt az öntősablont koaxiálisán mintegy 76 mm külső átmérőjű és nagyjából 38 mm magas PVC csőben rendeztük el, amelyet mintegy 9,5 mm-es falvastagság jellemzett. Ezt követően negatív mintát készítettünk, mégpedig öntőgumi kompozícióval történő kiöntéssel, amihez a Plastic Tooling Co., Easton, Pennsylvania, cég GI-1000 jelű keverékét használtuk (ez mintegy 1 tömegrész aktivátort tartalmaz mintegy 10 tömegrész gumi alapanyagban). A kiöntéssel a PVC cső és az alumíniumból készült öntősablon közötti gyűrűszerű teret töltöttük ki. Ezzel negatív mintát állítottunk elő.

A negatív minta megfelelő mértékű megkeményedése után a pozitív 21 öntőedényt a negatív minta felhasználásával hoztuk létre. Ebből a célból mintegy 1 tömegrész kollodiális szilíci87 «··« ·♦·· ·· • 4 · · · * · · « ·· · · · · · um—dioxidból (a Nyacol Products, Ashland, Massachussetts, cég NYACOL 20401 NH₄ márkanevű terméke), továbbá mintegy 2 tömegrész 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) és mintegy 1 tömegrész 0,066 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke), valamint mintegy 0,2 tömegrész vízből keveréket készítettünk. Az ezzel történő felöntés után a 21 öntőedény anyaga mintegy két óra alatt szobahőmérsékleten megkeményedett. Ezt követően a 21 öntőedényről a víz feleslegét leöntöttük és az elrendezést fagyasztószekrénybe helyeztük, ahol mintegy nyolc órán keresztül körülbelül -18 °C körüli hőmérsékleten tartottuk. A negatív mintát ezután a 21 öntőedény pozitív alakzatától elválasztottuk és ez utóbbit ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük, ahol mintegy egy órán keresztül 1000 °C körüli hőmérsékleten tartottuk. Ezt követően az egyik 21 öntőedény külső körvonala által meghatározott felület szimmetriatengelyében 121 furatot készítettünk és ezzel a félgömb alakú nyílást (mint az a 14. ábrán látszik) kívülről hozzáférhetővé tettük. A 21 öntőedényt ezután egy vele teljesen azonos felépítésű, de általában 121 furat nélküli 21 öntőedénnyel egyesítettük, így mintegy 35 mm átmérőjű gömb alakú belső teret hoztunk létre. A két 21 öntőedény összességében 122 öntőmintát adott, amelyben gömb alakú belső üreg volt. Az utóbbiba a 121 furaton keresztül bevonókeveréket juttattunk, amely 50 tömeg% kolloidális vermikulitot (a W. R. Grace and Co., Lexington, Massachussetts, cég terméke) és 50 tömeg% vizet tartalmazott. A bevonókeveréket hagytuk leülepedni, ez mintegy két percet vett igénybe, majd feleslegét kiöntöttük és így 25 ···· ·· ···· • · 9 9 9 ··· • ·· 9 · · ·9 ·· 9 9 9 9 9 99 bevonatot hoztunk létre a 122 öntőminta gömb alakú belső üregében. Ezt az öntőmintát mintegy két órán keresztül 110 °C körüli hőmérsékletű kemencében szárítottuk. A szárítást követően mintegy 1000 ’c hőmérsékleten egy óra alatt a 122 öntőmintát kiégettük.

Az így kialakított 122 öntőminta belső terébe 11 töltőanyagot juttattunk, amely 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidból (a Norton Co. 39 Crystolon jelű terméke) állt. A 11 töltőanyaggal feltöltött 122 öntőmintát 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) álló 23 ágyazatba helyeztük, ez utóbbit 12 impermeábilis falú tartályban hoztuk létre. A 122 öntőminta alsó részében létrehozott 121 furatot teljes mértékben 22 grafitfóliával (a TT America, Portland, Oregon, cég PERMA-FOIL márkanevű terméke) fedtük le. A rozsdamentes acélból készült 12 permeábilis falú tartályba ezután megolvasztott bronzötvözetet adagoltunk, amelynek alapanyaga rézből, ez utóbbival ötvözött mintegy 5 tömeg% szilíciumból, mintegy 2 tömeg% vasból és mintegy 3 tömeg% cinkből állt. A 13 mátrixképző fémmel így a 122 öntőminta és a 23 ágyazat által meghatározott felületet beborítottuk, a fémolvadék felületére bór-trioxid port szórtunk.

A 12 permeábilis falú tartállyal a fentiek szerint kialakított 120 elrendezést ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe raktuk, amelynek hőmérsékletét hozzávetőlegesen 1100 ’c-ra állítottuk be. A 120 elrendezést mintegy három órán keresztül tartottuk a kemence megemelt hőmérsékletű belső terében, azután eltávolítottuk és az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet hagytuk megszilárdulni. A szobahőmérsékletre lehűlt 120 elrendezésben a 122 öntőmintát szétszedtük és megállapítottuk, hogy a 13 mátrixképző fém átjárta a 11 töltőanyagot, így összetett szerkezetű bronz mátrixú kerámia test keletkezett. A több részből összeállított öntőedény alkalmazhatóságának bizonyítása mellett ez a példa alkalmas annak bemutatására is, hogy a 13 mátrixképző fém adott esetben képes alulról behatolni a 11 töltőanyag rétegébe és így az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test kialakulását lehetővé tenni.

10. PÉLDA

Célunk annak bizonyítása volt, hogy finomszemcsés ágyazatból és kötőanyagból készült közvetítő test alkalmas lehet a találmány szerinti eljárás megvalósításának eredményeként összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test belső alakzatának (üregének) meghatározására. Ez esetben a 4. ábrához hasonló elrendezést használtunk az eljárás megvalósítására.

Belső fogazású fogaskereket kívántunk előállítani. Ebből a célból először olyan 31 közvetítő testet formáztunk, amely negatív alakzatként képviselte a fogaskerék kívánt külső formáját. Ehhez mintegy 20 tömeg% alabástromgipszet (a Bondex International, Inc., Brunswick, Ohio, cég Bondex nevű terméke) és mintegy 80 tömeg% 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium—trioxidot (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) kevertünk össze és a keveréket a kívánt alakra hoztuk, majd hagytuk megkötni és kiszáradni. Az így létrejött 31 közvetítő testet rozsdamentes acélból készült 12 impermeábilis falú tartály középső részén, vele lényegében egytengelyesen rendeztük el, ahol a 12 impermeábilis falú tartály belső fala olyan körvonalat határozott meg, amelynek átmérője egyenlő volt az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test külső átmérőjével. A 31 közvetítő test és a 12 impermeábilis falú tartály belső felülete közötti teret olyan 11 töltőanyaggal öntöttük ki, amely 90 tömeg%-ban 0,216 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) és a maradék mintegy 10 tömeg%-ban 0,045 mm lyukbőségű szitával nyert ón frakcióból (az Atlantic Equipment Engineers, Bergenfield, New Jersey, cég terméke) állt. A célul kitűzött összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállításához 13 mátrixképző fémként bronzötvözetet használtunk, amely rézben 5 tömeg% körüli mennyiségben szilíciumot, mintegy 2 tömeg% vasat és mintegy 3 tömeg% cinket tartalmazott. A 13 mátrixképző fémet megolvasztottuk és belőle mintegy 25 mm mély réteget készítettünk a 12 impermeábilis falú tartály belső terében. Ezzel a 11 töltőanyagot bevontuk és az olvadék felületére bór-trioxid port szórtunk, amivel 14 lezárást hoztunk létre. Ez a lezárás a bór-trioxid por megolvadása révén alakult ki.

A fentiek szerint létrehozott 30 elrendezést, tehát a 12 impermeábilis falú tartályt és az annak rozsdamentes acél anyagával határolt tartalmát mintegy 1100 ’C hőmérsékletű ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. A megemelt hőmérséklet hatásának a 30 elrendezést mintegy három órán keresztül tettük ki, majd azt a kemencéből eltávolítottuk és hagytuk szobahőmérsékletre lehűlni. A kialakult összetett szerkezetű bronz mátrixú kerámia test belsejéből homokfúvással a 31 közvetítő testet eltávolítottuk és megállapítottuk, hogy olyan belső üreg maradt utána, amely alakját tekintve annak külső felületét pontosan követte. A 15. ábra 130 összetett szerkezetű bronz mátrixú kerámia test fényképét mutatja, amelyben 131 belső fogazás van és ez a 130 összetett szerkezetű bronz mátrixú kerámia test külső felületéről kiálló körvonal mentén helyezkedik el.

11. PÉLDA

A találmány szerinti eljárás ugyancsak alkalmas viszonylag bonyolult térbeli alakzatot képező összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test kialakítására. Ennek bizonyítására nem tartós közvetítő test felhasználásával elrendezést állítottunk össze, amikoris közvetítő testként balsafából előmintát készítettünk, mégpedig úgy, hogy kereskedelmi forgalomban beszerezhető balsafábül kihasított rúdszerű elemeket enyv segítségével egymáshoz ragasztottunk és így előmintaként a 16a. ábra szerinti 140 közvetítő testet építettük fel. Ezután az előminta felületét legalább kétszer ezüst festékkel (a Pép Boys, Philadelphia, Pennsylvania, cég P-1140 jelű terméke) vontuk be. A festék kiszáradása után a balsafából álló előmintát mintegy 127 mm hosszú, 51 mm széles és nagyjából 25 mm magas papírdoboz fenéklapjához erősítettük, mégpedig petróleumzselé (vazelin, a Cheeseborough-Pond's, Inc., Greenwich, Connecticut Vaseline márkanevű terméke) segítségével.

Az előmintának a papírdobozhoz való erősítése után gátló elemként öntőedényt alakítottunk ki, mégpedig mintegy 1 tömegrész kollodiális szilícium—dioxidból (a Nyacol Products, Ashland, Massachussetts, cég NYACOL 20401 NH^A márkanevű terméke) mintegy 2 tömegrész 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumíniumtrioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) és mintegy 1 tömegrész 0,066 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke), valamint mintegy 0,2 tömegrész vízből létrehozott keverék felhasználásával. A keveréket habtalanítottuk és levegőtlenítettük, majd a balsafából készült előminta felületét ezzel leöntöttük, szobahőmérsékleten mintegy két órán keresztül hagytuk megkeményedni. A mintegy két órás megszilárdulási folyamat után a keverék vízfeleslegét először szűrőpapírral felitattuk, majd a szilárd felületre 0,066 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidot (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, cég 38 Alundum jelű terméke) szórtunk, hogy a víz még esetleg visszamaradó feleslegét felszívjuk. Ezután a balsafát befogadó elrendezést fagyasztószekrénybe helyeztük és mintegy nyolc órán keresztül nagyjából -18 °C hőmérsékleten tartottuk. Az így megkeményített gátló elemet, amely a balsafa előmintát vette körül, egy óra időtartamra ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük, ott mintegy 1000 °C hőmérsékleten tartottuk. Ennek hatására az előminta balsafa anyaga lényegében teljes mértékben kiégett, helyében az öntőedény belsejében üreg keletkezett. A kemencéből eltávolított elrendezést hagytuk lehűlni, belsejéből a balsafa után visszamaradt hamut levegő átfúvásával távolítottuk el. Ezt követően az öntőedényt méretre vágtuk, hogy a továbbiakban ismeretendő 12 impermeábilis falú tartály belsejében elhelyezhető legyen. Az öntőedény belsejébe bevonókeveréket adagoltunk, amely mintegy 50 tömeg% kollodiális vermíkulitot (a W. R. Grace and Co., Lexington, Massachussetts, cég Microlite • *

- 93 No 903 jelű terméke) és a maradék mintegy 50 tömeg%-ban vizet tartalmazott. A bevonókeveréket hagytuk leülepedni, ez a már kiégetett öntőedény felületét figyelembe véve mintegy két percig tartott és ennek eredményeként a belső felületen bevonat alakult ki. A bevonattal ellátott öntőedényt mintegy két órára nagyjából 60 °C hőmérsékletű kemencébe helyeztük, hogy így kiszárítsuk. A kiszárításra kijelölt időtartam elteltével a kemence hőmérsékletét 1000 ’c-ra emeltük és egy órán át ezt a hőmérsékletet tartva az öntőedényt kiégettük.

A bevonattal ellátott öntőedényt 12 impermeábilis falú tartályba helyeztük, amelyet 1,6 mm vastag AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készült lemez felhasználásával alakítottunk ki úgy, hogy mintegy 125 mm hosszú, mintegy 36 mm széles és mintegy 43 mm mély edény alakuljon ki. A bevonattal elátott öntőedény és a rozsdamentes acélból készült tartály belső fala közötti teret 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, cég 38 Alundum jelű terméke) álló ágyazattal töltöttük ki. A bevont öntőedényt viszont 0,066 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxiddal (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, cég 38 Alundum jelű terméke) töltöttük ki, amely ez esetben töltőanyagként szolgált.

A töltőanyaggal kitöltött öntőedényt ezt követően grafitfóliával (a TT America, Portland, Oregon, cég PERMA-FOIL márkanevű terméke) fedtük le. Az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállításához mátrixképző fémként a kereskedelmi forgalomban beszerezhető 6061 jelű alumíniumötvözetet használtunk, amelyet megolvasztás közben további mintegy 4 tö• · · « ⁴ · ·· • · ·.

• · ··

- 94 meg% magnéziummal ötvöztünk. A megolvasztott mátrixképző fémet a rozsdamentes acélból készült tartály belső terébe öntöttük, és így a grafitfóliával fedett öntőedény felületét vele bevontuk. A megolvadt fém felületére porított bór-trioxidot szórtunk, majd az elrendezést 850 °C körüli hőmérsékletre előfűtött ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe raktuk. Mintegy tizenöt percig tartott, amíg a porított bór-trioxid megolvadt, belőle gázoktól és gőzöktől mentes, gázokkal szemben impermeábilis lezáró réteg jött létre. Ezután a hőmérsékletet 950 “c-ra emeltük, ezt két órán át tartottuk, majd ennek elteltével az elrendezést a kemencéből kivettük, vízzel hűtött rézlapra helyeztük és így az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet irányított módon megszilárdítottuk .

A szobahőmérsékletre lehűlt elrendezésből a végterméket úgy nyertük ki, hogy a rozsdamentes acélból készült tartályt levágtuk a megszilárdult maradék fém alapanyagtól és a bevont öntőedénytől. Megállapítottuk, hogy a grafitfólia jelenléte miatt a mátrixképző fém maradványa viszonylag könnyen elválasztható volt az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testtől. Az öntőedényt ezután homokfúvással megsemmisítettük, így feltártuk az alumínium alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet. A kapott végtermék a 16b. ábra tanúsága szerint olyan 141 rácsos tartót alkotott, melynek alakja nagy pontossággal követte a 16a. ábrán látható kiindulási 140 közvetítő testét.

• ·

- 95 Ά

12. PÉLDA

Azt kívántuk bizonyítani, hogy a viszonylag bonyolult alakzatok viaszra támaszkodó formázási technikák alapján ugyancsak előállíthatok. Előminta felhasználásával rácsos tartó készítését tűztük ki célul. Ez esetben előmintaként ugyancsak a 16a. ábrán látható 140 közvetítő testet vettük alapul, amelyet szokványos öntött viaszból (a Freeman Co., Belleville, New Jersey, cég 165 jelű viasza) készült részelemek egyesítésével hoztunk létre. A viaszból álló előmintát mintegy 152 mm hosszú, mintegy 51 mm magas és nagyjából ugyanilyen széles impermeábilis falú tartály belső terébe helyeztük. A tartály anyaga rozsdamentes acél volt. Az előmintát mintegy 50 tömeg% kálcium-aluminát cementből (a Lafarge Calcium Aluminates, Chesapeake, Virginia, cég Secar 71 jelű terméke) és a maradék mintegy 50 tömeg%-ban 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 39 Alundum jelű terméke) álló keverékkel öntöttük le, amelyet elegendő mennyiségű vízzel egészítettünk ki ahhoz, hogy önthető legyen. Ezzel a keverékkel, amely végülis öntőedény létrehozására szolgál, az előmintát felső szintje felett beborítottuk.

Az öntőedény alapjául szolgáló keverék elegendő mértékű megkötése után a viaszból álló előmintát úgy távolítottuk el, hogy a rozsdamentes acélból álló tartályban kialakított elrendezést mintegy három óra időtartamra kemencébe helyeztük, amelynek 150 °C körüli hőmérséklete biztosította a viasz megolvadását. Az olvasztott viasz eltávozása után az elrendezést mintegy 800 ’C hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű le96 vegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük és nagyjából egy óra elegendőnek bizonyult ahhoz, hogy a megolvasztással nem eltávozott viasz maradványait kiégessük. így olyan negatív mintázatú héjszerkezetet alkotó öntőedény jött létre, amely belső terében a kiindulási 140 test alakjának megfelelő üreget hordozott. Ez utóbbiba töltőanyagként 0,066 mm átlagos szemcsézettségei szilícium-karbidot (a Norton Co. 39 Crystolon jelű terméke) juttattunk. Az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállításához alumíniumot választottunk mátrixképző fémként, mégpedig olyan ötvözetet, amelyben mintegy 7,5 - 9,5 tömeg% szilícium, mintegy 3,0 - 4,0 tömeg% réz, legfeljebb 2,9 tömeg% cink, mintegy 0,2 - 0,3 tömeg% magnézium, legfeljebb 1,3 tömeg% vas, legfeljebb 0,5 tömeg% mangán és legfeljebb 0,35 tömeg% ón volt. A fém alapanyagot megolvasztottuk, ezt a rozsdamentes acélból készült tartályba öntöttük és az öntőedény felső szintje fölött, a töltőanyag által meghatározott rétegre mintegy 13 mm vastag fémolvadékot juttattunk. A megolvasztott alumínium mátrixképző fém felületére porított bór-trioxidot szórtunk. Az így kialakult elrendezést mintegy 850 °C hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük és mintegy négy órán keresztül tartottuk ezen a hőmérsékleten. A megemelt hőmérséklet alkalmazásának kezdetén a bór-trioxidból álló por megolvadt, belőle gázoktól és gőzöktől mentes, gázokkal szemben impermeábilis lezárás alakult ki. A kijelölt időtartam elteltével az elrendezést a kemencéből kiemeltük és hagytuk szobahőmérsékletre lehűlni. Ezt követően az elrendezést szétszereltük, az öntőedény anyagát megsemmisítettük, homokfúvással az összetett szerkezetű alumínium mátrixú kerámia testet feltártuk és kinyertük.

13. PÉLDA

Az 1. példában ismertetett eljárást ismételtük meg, abból a célból, hogy szivattyúhoz járókereket készítsünk, amely 89 mm körüli külső átmérőjű volt. Az 1. példához képest a különbséget az jelentette, hogy eltérő megmunkálási hőmérsékletet biztosítottunk, más mátrixképző fémet és eltérő anyagú gátló elemet használtunk. A gátló elemként szolgáló héjszerkezetet mintegy 2 tömegrész 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke), mintegy 1 tömegrész 0,066 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) és mintegy 1 tömegrész kolloidális alumínium-trioxidból (a Wesbond Corp., Wilmington, Delaware, cég Bluonic A jelű terméke) álló keverékkel formáztuk meg. A 13 mátrixképző fém ez esetben bronzötvözet volt, amely rézben mintegy 6 tömeg% szilíciumot és mintegy 1 tömeg% vasat tartalmazott. A 11 töltőanyagot 0,066 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidból (a Norton Co. 39 Crystolon jelű terméke) hoztuk létre. A 40 elrendezést ez esetben is ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük, amelyben azonban 1100 °C hőmérsékletet biztosítottunk és ezt mintegy 3,5 órán keresztül tartottuk fenn abból a célból, hogy a 13 mátrixképző fém a 11 töltőanyagot átjárhassa. Ezt az időtartamot követően az elrendezést a kemencéből kivettük, majd lehűlése után megállapítottuk, hogy a kívánt összetett szerkezetű bronz mátrixú kerámia test alakult ki, mégpedig a 17. ábrán bemutatott 150 járókerék.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítására nyomáshiányos tér felhasználásával, amikoris mátrixképző fém alapanyagot laza szerkezetű töltőanyaggal érintkezésbe hozunk, az így kapott reakciórendszert a mátrixképző fém alapanyag olvadáspontját meghaladó hőmérsékletre növeljük és az érintkezést, valamint a megnövelt hőmérsékletet a mátrixképző fém alapanyag legalább egy részének a töltőanyag szerkezetébe való behatolásáig fenntartjuk, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszert impermeábilis falú tartállyal, a reakciórendszer legalább egy alkotórészével reagáló reaktív atmoszférával és a töltőanyag legalább egy felületének legalább egy részét borító gátló elemmel, és/vagy töltőanyagból készült, a mátrixképző fém alapanyaggal szemben annak megolvadt állapotában permeábilis szerkezetű formatesttel alakítjuk ki, a gátló elemet legalább részben a mátrixképző fém alapanyagtól térben elválasztottan rendezzük el és így határfelületet alakítunk ki, a reakciórendszert a környező atmoszférától legalább részben elzárjuk, a lezárást külső és/vagy belső fizikai és/vagy kémiai lezárásként hozzuk létre, majd a megnövelt hőmérséklettel a kerámia testet úgy állítjuk elő, hogy a reaktív atmoszférával a reakciórendszer legalább két összetevőjének legalább egy részét eredeti térfogatánál kisebb térfogatú reakciótermékké alakítjuk, így a reakciórendszerben nyomáshiányos teret alakítunk ki, a mátrixképző fém alapanyag olvadékával a töltőanyagot a gátló elemmel kijelölt határfelületig átjáratjuk, majd a kerámia testet hűt• ·

- 99 jüK és lehűlése után ismert módon kinyerjük.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reaktív atmoszférát a reakciórendszer környezetétől teljesen elszigeteljük.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a megnövelt hőmérséklet fenntartása alatt a mátrixképző fém alapanyagnak a gátló elemig való behatolásáig a reakciórendszer legalább egy része és a környezet között tartunk fenn nyomáskülönbséget.
4. Az 1.-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot, magnéziumot, bronzötvözetet, rezet vagy öntöttvasat használunk.
5. Az 1. — 4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszert legalább egy nedvesítőszerrel egészítjük ki.
6. Az 1.-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszert a hermetikus lezárást megkönnyítő legalább egy segédanyaggal egészítjük ki.
7. Az 1. — 6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszer legalább egy részét kívülről üvegszerű anyaggal zárjuk le.
8. Az 1. — 7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszer legalább egy részét a mátrixképző fém alapanyag és a környezetet alkotó gázok, különösen levegő közötti kémiai reakcióban létrejövő anyaggal zárjuk le.
9. Az 5. — 8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás,

100 azzal jellemezve, hogy a reakciórendszer legalább egy részét az impermeábilis falú tartály nyílásánál az impermeábilis falú tartály és a mátrixképző fém alapanyag közötti fizikai folyamat révén kialakuló nedvesítés! folyamattal zárjuk le.
10. Az 1. — 9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszer legalább egy részét a mátrixképző fém alapanyag és a tartály anyaga közötti kémiai reakcióban létrejövő anyaggal zárjuk le.
11. Az 1. - 10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a nyomáskülönbséget a tartályban levő reaktív atmoszféra és a mátrixképző fém alapanyag és/vagy a töltőanyag és/vagy a tartály anyaga közötti kémiai reakcióval hozzuk létre.
12. Az 5. — 11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a legalább egy nedvesítőszerrel a reakciórendszert a mátrixképző fém alapanyag ötvöző összetevőjeként egészítjük ki.
13. Az 5. — 12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot, míg nedvesítőszerként magnézium, bizmut, ón és ólom közül legalább egyet alkalmazunk.
14. Az 5. — 12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként bronzot és/vagy rezet, míg nedvesítőszerként szelén, tellúr és kén közül legalább egyet alkalmazunk.
15. Az 5. — 14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a nedvesítőszert külső forrásból a mátrixképző fém alapanyag melegítése közben juttatjuk a reakció-

- 101 rendszerbe.
16. Az 1. ^— 15. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az impermeábilis falú tartály legalább egy részét gátló elemként alakítjuk ki.
17. Az 1. ^— 16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elemet fémből, kerámia anyagból, kerámia tartalmú összetett szerkezetű anyagból, illetve agyagból készítjük el.
18. A 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elem elkészítéséhez a mátrixképző fém befogadására alkalmatlan szemcsés anyagot alkalmazunk.
19. Az 1. - 18. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elemet szén, grafit, titán-diborid, alabástromgipsz, alumínium-trioxid és szilícium-dioxid közül választott legalább egy anyag felhasználásával készítjük el.
20. Az 1. ^— 19. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elemet a mátrixképző fém alapanyaggal rosszul nedvesíthető anyagból készítjük el.
21. Az 1. - 20. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elemet legalább részben az impermeábilis falú tartályban rendezzük el.
22. Áz 1. ^— 21. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elem legalább egy részét a permeábilis szerkezetű töltőanyag legalább egy felületén hozzuk létre, és ehhez alapanyagát festéssel, szórással, szitán keresztül történő nyomással, párologtatással, porlasztással vagy gőzölögtetéssel visszük fel.

102
23. Az 1. — 22. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elem legalább egy részét rugalmas grafitlemezből hozzuk létre, amelyet a határfelületen rendezünk el.
24. Az 1. — 23. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszerbe elválasztást megkönnyítő segédanyagot viszünk be, és ezzel az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet az impermeábilis falú tartálytól, a gátló elemtől és a mátrixképző fém maradékától elválasztjuk.
25. A 24. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elválasztást megkönnyítő segédanyagként grafitot és/ /vagy bór—trioxidot és/vagy ónt alkalmazunk.
26. A 24. vagy 25. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elválasztást megkönnyítő segédanyagot a gátló elem anyagába keverjük.
27. Az 1. - 26. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy töltőanyagként porszemcsés, pehelyszerű, lemezkés, mikrogömbökből álló, pálcikaszerű, gömbszerű, szálszerű összetevőkből álló, durvaszemcsés, szövetszerú, méretrevágott szálakból álló, golyókból álló, pelletként kialakított, csőszerű és tűzálló szövetből álló frakciók közül legalább egyet alkalmazunk.
28. Az 1. — 27. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszert laza szerkezetű töltőanyagként oxid(ok), karbid(ok), borid(ok) és nitrid(ek) közül legalább eggyel hozzuk létre.
29. Az 1. — 28. igénypontok bármelyike szerinti eljárás,

103 ···· ·« *··· ·4 • · ♦ • *· * · · · « • ·· ♦· ♦ * ·· · azzal jellemezve, hogy a tartályt kerámia, fém, üvegszerü és polimerizált anyagok közül legalább egyből alakítjuk ki.
30. Az 1. - 29. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tartályt alumínium-trioxidot vagy szilícium-karbidot tartalmazó anyagból alakítjuk ki.
31. Az 1. ^— 30. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reaktív atmoszférát túlnyomórészt oxigént vagy túlnyomórészt nitrogént tartalmazó atmoszféraként képezzük ki.
32. Az 1. ~ 31. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot használunk és a tartályban a reaktív atmoszférát levegővel, oxigénnel vagy nitrogénnel hozzuk létre.
33. Az 1. — 32. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként bronzot és/vagy rezet és/vagy öntöttvasat alkalmazunk és a tartályban a reaktív atmoszférát levegővel, oxigénnel vagy nitrogénnel hozzuk létre.
34. Az 1. — 33. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszert a mátrixképző fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de a belőle létrejövő fémes mátrix forráspontja és a permeábilis töltőanyag olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten tartjuk.
35. Az 1. - 34. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként alumíniumtartalmú anyagot alkalmazunk, míg a töltőanyagot oxid(ok), karbid(ok), borid(ok) és nitrid(ek) közül legalább eggyel készítjük el.

···· ···· «4 «« • a · · * · · · • ·· ♦ · · · • · · ^Λ * · · ·· ·

- 104 -
36. Az 1. ^— 35. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy ha mátrixképző fém alapanyagként alumínium alapú ötvözetet alkalmazunk, a reakciórendszert mintegy 700 ’C és mintegy 1000 °C közötti hőmérsékleten tartjuk, valamint, ha mátrixképző fém alapanyagként bronzötvözetet és/vagy rezet alkalmazunk, a reakciórendszert mintegy 1050 ’C és mintegy 1125 °C közötti hőmérsékleten tartjuk, továbbá ha mátrixképző fém alapanyagként öntöttvasat alkalmazunk, a reakciórendszert mintegy 1250 ’c és mintegy 1400 ’C közötti hőmérsékleten tartjuk.
37. Az 1. — 36. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kerámia testet irányított módon hűtjük .
38. Az 1. - 37. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy töltőanyagként alumínium-trioxidból, szilícium-karbidból, cirkónium-nitridből, titán-nitridből, bór—karbidból álló vagy ezeket tetszőleges arányban tartalmazó keveréket alkalmazunk.
39. Az 1. — 38. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszert kívülről bór alapú üveggel és/vagy szilícium alapú üveggel és/vagy bór-trioxiddal mint lezáró anyaggal zárjuk le és a lezáró anyagot a megnövelt hőmérséklet fenntartása során legalább részben megolvadt állapotban tartjuk.
40. Az 1. — 39. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elemet öntőedényként hozzuk létre, amelyet alumínium-trioxidból, vagy szilícium-dioxidból, vagy vermikulitból, vagy grafitból, vagy alabástromgipszből, ···· ·· <Η· ···« ··· · ·· ν · • ·· t · · «· • · · · * ·· ·· ·

105 vagy rozsdamentes acélból, vagy ezek bármilyen kombinációjából készítünk el.
41. Az 1. ~ 40. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elemet impermeábilis falú tartályként készítjük el.