HUT64934A

HUT64934A - Process for producing body of composite structure in closed space

Info

Publication number: HUT64934A
Application number: HU904204A
Authority: HU
Inventors: Robert Campbell Kantner; Ratnesh Kumar Dwivedi
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1989-07-21
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 1994-03-28
Also published as: IL94958A; NO902980D0; FI903608A0; PL167044B1; JP3256219B2; YU47110B; FI91612C; IL94958A0; JPH03138329A; EP0409764A3; FI91612B; CA2020675A1; CN1033046C; DD301859A9; PL286090A1; AU5877390A; ZA905589B; YU139990A; ATE119509T1; DE69017545T2

Description

A találmány tárgya eljárás többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítására nyomáshiányos tér felhasználásával, amikoris mátrixképző fém alapanyagot laza szerkezetű töltőanyaggal érintkezésbe hozunk, majd 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 találmány szerinti eljárás megvalósítása során létrejövő vákuum (nyomáshiányos tér) lényegében minden külön külső intézkedés nélkül fennmarad és elősegíti a mátrixképző fém alapanyag bejutását a töltőanyagba. A mátrixképző fém alapanyaggal egy további anyagot (kiegészítő testet) is kapcsolatba hozunk, azt legalább részben átjáratjuk. így olyan többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test nyerhető, amely többféle anyagból inhomogén módon épül fel.

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 jó-

val 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 mátrixképző 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 • · • *···*··· · • ·· ·· ······ * ·· ·· ·· · *·

- 5 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 kapcsolatos 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 • · · · · · · ········· •β ·« ······ * • · · · · · · járást 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 szabadalmi 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 • ···· · • ·» · · · • · » · ·

4· ·· ♦· · * *

- 6 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 umötvözetet) 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 el·♦· · · • * • · · · · · ’ • «· ··« 4» · · · • ·· · · ·♦···· *

- 8 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 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 bór, 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, magnéziummal, titánnal, vanádiummal, nikkellel vagy krómmal . —4 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 nedvesítés! 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 vákuumke-3 mencében mintegy 1,3.10 Pa nyomást hoztak létre a gazok 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, fo···· • · 9 « · 99 » 99 999 · · *· « · · · « · 9··· ·· ·· ·· ·· * ·*

- 10 nalakból, 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 bór szálak alkotják) 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

- 11 *· • ···· · ν· ·· hoznak a porózus testtel kapcsolatba, majd az utóbbit kitöltő fémbe merítik. A porózus testet töltőanyagból hozzák létre, amely rétegszerü elrendezésű vagy formatest alakjára van hozva, majd ezt a megolvadt aktiváló fémbe merítik és ezzel biztosítják, 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 magnéziumból 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 tes13 tét, 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 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 (nyomáshiányos tér) alkalmazása nélkül lehet egyszeresen vagy többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű testeket előállítani. Ez az igény azt is jelenti, hogy lehetőség szerint kerülni kell a nagyobb mennyiségű nedvesítőszer bevitelét, továbbá a fém alapanyagból álló nagyobb térfogatú fürdők energiaigényes fenntartását, hiszen ezekkel számos, a fentiekben elemzett hátrány jár együtt. Ugyancsak hosszú ideje érezhető az erőteljes igény olyan eljárások megteremtésére, amikoris az eljárással létrehozott összetett szerkezetű, fém mátrixú komponenst tartalmazó kerámia test utólagos megmunkálására gyakorlatilag nincs vagy csak igen kis mértékben van szükség, tehát az eljárás végtermékeként nyert kerámia test önmagában már gyakorlatilag készterméket jelent.

A találmány feladata a felmerült igényt kielégítő olyan eljárás létrehozása, amelyben vákuum (nyomáshiányos tér) külön intézkedés nélküli keletkeztetésével fémes alapanyag alkalmassá válik kerámia anyag vagy hasonló töltőanyag átjáratására, mégpedig normál légköri nyomás mellett biztosított reaktív atmosz • ·

- 16 féra jelenlétében. A feladat megoldását célszerűen alumínium, magnézium, bronz, réz, öntöttvas és hasonló könnyen hozzáférhető fémek felhasználásával kell biztosítani, ahol a reaktív atmoszférát levegő, illetve a levegőből kinyerhető gázok (oxigén, nitrogén) alkotják.

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 « · · · · · • 4 · • · · • · · · • · · • ·· • * ·· «··· ·· • · · kerámia test állítható elő.

Az előbb elemzett felismerés továbbfejleszthető azzal, ha mátrixképző fém alapanyagot két külön, de egymással kapcsolatba hozható helyen rendezünk el. Ebben az esetben a két hely között például gravitációs úton teremtünk kapcsolatot, vagyis a fém megolvasztása után annak a töltőanyaggal érintkezésben elfogyó, elhasználódó része kiegészíthető. Ilyenkor a mátrixképző fém alapanyag normál légköri nyomáson behatol a töltőanyagból álló laza ágyazatba és a kerámia szerkezetet létrehozó folyamat megkezdődik. A töltőanyag fémmel történő átjáratásának következtében a mátrixképző fém kiindulási mennyisége csökken de ez külön tartályból, tehát az említett másik helyről származó anyaggal kiegészíthető. A töltőanyag megfelelő mennyiségének átjáratása után a rendszert lehűtjük, ezzel a mátrixképző fém alapanyagot megszilárdítjuk és az szerkezetében hordozza a töltőanyag szerkezeterősítő összetevőit.

Ugyancsak felismerésünk, hogy a fém alapanyag kiegészítő mennyisége alapul szolgálhat a töltőanyag fémmel kitöltött térfogatának meghatározásához. Ugyanerre a célra olyan anyag is használható, amely a töltőanyagban a fém alapanyag további mozgását erőteljesen lelassító vagy teljesen megakadályozó réteget képez.

A megolvasztott mátrixképző fém alapanyagot általában olyan mennyiségben kell biztosítani, hogy azzal a töltőanyag permeábilis szerkezetű tömegét határfelületekig (külső vagy belső határfelületig) átjáratható legyen. Ez lényegében felesleget jelent, azaz a teljes átjáratáshoz szükségesnél nagyobb mennyiségű fémet (ötvözetet) használunk, amikoris a fém feles• ·

- 18 • · · · · ♦ • ······ lege a létrejött összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test felületéhez illeszkedik, a test anyagával egységet képez. így tehát többszörösen összetett szerkezet hozható létre, amikoris a fémmel átjárt töltőanyag fémes mátrixa a kívülről csatlakozó fémmel kapcsolódik.

További felismerésünk az, hogy többszörösen összetett test előállítása céljából lehetséges töltőanyagból készült ömlesztett anyagréteg vagy porózus felépítésű formatest laza, permeábilis szerkezetének átjáratása alkalmasan választott megolvasztott mátrixképző fém alapanyaggal, majd a spontán infiltrációs folyamattal kapott szerkezet összekapcsolása további anyagokkal, például kerámiával és/vagy fémmel. Ilyenkor a töltőanyag vagy formatest legalább egy komponensével az átjáratást megkönnyítő segédanyagot vagy prekurzor anyagot kapcsolunk össze, esetleg az átjáratás szempontjából kedvező hatású atmoszférát tartunk fenn, amivel a fém alapanyag mozgását hatásosan elő lehet segíteni. Egy további lehetőséget ad az, ha az átjáratás előtt a töltőanyagot vagy a formatestet egy további anyag legalább egy részével kapcsolatba hozzuk és így az átjárt további anyag a létrejövő test részét képezi, azaz többszörösen összetett test alakul ki.

Még további felismerésünk, hogy lehetséges a megolvadt mátrixképző fém alapanyagot vele nedvesíthető töltőanyaggal és/vagy formatesttel reaktív atmoszféra jelenlétében kapcsolatba hozni, amikoris a folyékony mátrixképző fém alapanyag a reaktív atmoszféra egy vagy több összetevőjével reakcióba lép és ennek vagy hasonló reakcióknak hatására vákuum (nyomáshiányos tér) alakul ki, amely a fém alapanyagnak a töltőanyagba és/vagy ···« ·· · · · · · · · • · · · · · · a formatestbe való behatolása szempontjából kedvező feltételeket biztosít. Ilyenkor külön intézkedésre nincs szükség, a vákuum (nyomáshiányos tér) a megfelelő lezárás létrehozása mellett kialakul.

A fenti felismerésekre támaszkodva a kitűzött feladat megoldásaként olyan eljárást hoztunk létre többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítására nyomáshiányos tér felhasználásával, amikoris mátrixképző fém alapanyagot laza szerkezetű töltőanyaggal érintkezésbe hozunk, majd az így kapott reakciórendszert a mátrixképző fém alapanyag olvadáspontját meghaladó hőmérsékletre hevítjük fel 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, valamint a töltőanyaggal és/vagy töltőanyagból készült, a mátrixképző fém alapanyaggal szemben annak megolvadt állapotában permeábilis szerkezetű formatesttel, továbbá a mátrixképző fém alapanyaggal szemben annak megolvadt állapotában permeábilis szerkezetű, a töltőanyaggal és/vagy a formatesttel érintkező legalább egy kiegészítő testtel alakítjuk ki, a reakciórendszert a környező atmoszférától legalább részben elzárjuk, célszerűen teljesen elszigeteljük, 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 « ··· • · · · · · · • ·« ··· ♦ · · · ···········* • · ·· ·· · ·«

- 20 reakciótermékké alakítjuk, így a reakciórendszerben nyomáshiányos teret alakítunk ki, a mátrixképző fém alapanyag olvadékával a töltőanyagot és legalább részben a legalább egy kiegészítő testet átjáratjuk, majd a kerámia testet hűtjük és lehűlése után ismert módon kinyerjük. A nyomáshiányos teret általában a tartályban levő reaktív atmoszféra és a mátrixképző fém alapanyag és/vagy a töltőanyag és/vagy a formatest és/vagy a tartály anyaga, különösen célszerűen a reaktív atmoszféra és a mátrixképző fém alapanyag összetevői közötti kémiai reakcióval hozzuk létre.

Általában előnyösen a találmány szerinti eljárást úgy valósítjuk meg, hogy a megnövelt hőmérséklet fenntartása alatt a mátrixképző fém alapanyagnak a legalább egy kiegészítő testbe való behatolásáig a reakciórendszer legalább egy része és a környezet között tartunk fenn nyomáskülönbséget.

A végtermék előállíátásához igen kedvező reakciófeltételek teremthetők, ha mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot, magnéziumot, bronzötvözetet, rezet vagy öntöttvasat használunk. Számos esetben célszerű, ha a reakciórendszert legalább egy nedvesítőszerrel és/vagy a hermetikus lezárást megkönnyítő legalább egy segédanyaggal egészítjük ki.

A reakciórendszer hatékony lezárása célszerűen úgy biztosítható, ha a reakciórendszer legalább egy részét kívülről üvegszerű borítást adó anyaggal zárjuk le. Ugyancsak kedvező lezárási lehetőség az, amikor a mátrixképző fém alapanyag és a környezetet alkotó gázok, különösen levegő közötti kémiai reakcióban létrejövő anyaggal választjuk el a környező és a reaktív atmoszférát.

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

- 21 Egyszerűsége miatt különösen előnyös a találmány szerinti eljárásnak az a foganatosítása, amikor 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 vagy a mátrixképző fém alapanyag és a tartály anyaga közötti kémiai reakcióban létrejövő anyaggal zárjuk le.

Előnyösen a nedvesítőszert a mátrixképző fém alapanyag ötvöző összetevőjeként visszük a reakciórendszerbe.

Az előállított végtermék alaktartását egyszerű eszközökkel lehet elérni, ha a töltőanyag és/vagy formatest felületének legalább egy részén a mátrixképző fém alapanyag vándorlását akadályozó gátló elemet alakítunk ki, amelynek anyaga általában a mátrixképző fém alapanyaggal nem vagy rosszul nedvesíthető, azt célszerűen legalább részben szénből, grafitból, titán—diboridból, alumínium-trioxidból, szilícium-dioxidból vagy rozsdamentes acélból alakítjuk ki.

A reakciórendszer két legelőnyösebbnek tűnő változata az, amikor mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot, míg nedvesítőszerként magnéziumot, bizmutot, ónt és/vagy ólmot használunk, illetve, amikor a mátrixképző fém alapanyag bronz és/vagy réz, és nedvesítőszerként szelént, tellúrt és/vagy ként alkalmazunk .

A találmány szerinti eljárás előnyösen foganatosítható gyakorlatilag mindenféle alakú kis részecskékből álló töltőanyaggal, amelyben a részecskék megjelenési formájukat tekintve lehetnek egyebek között porszemcsés, pehelyszerü, lemezkés, mikrogömbökből álló, pálcikaszerű, gömbszerű, szálszerű össze- 22 tevőkből álló, durvaszemcsés, szövetszerű, méretrevágott szálakból álló, golyókból álló, pelletként kialakított, csőszerű és tűzálló szövetből álló anyagok összetevői, amelyeket célszerűen oxid(ok)ból, karbid(ok)ból, borid(ok)ból és/vagy nitrid(ek)ből hozunk létre. Célszerűen töltőanyagként alumínium—trioxidból, szilícium-karbidból, cirkónium-nitridből, titán—nitridből, bór—karbidból álló vagy ezeket tetszőleges arányban tartalmazó keveréket használunk.

A reakciórendszer hatékony megvalósítását teszi lehetővé, ha az impermeábilis falú tartályt kerámia, fém, üvegszerű és/vagy polimerizált anyagból, különösen előnyösen rozsdamentes acélból készítjük el. Ugyancsak előnyös, ha az impermeábilis falú tartályt alumínium-trioxidot vagy szilícium-karbidot tartalmazó anyagból alakítjuk ki.

Ugyancsak a reakciórendszer egyszerű megvalósításához teremt kedvező feltételeket, ha a reaktív atmoszférát túlnyomórészt oxigént vagy túlnyomórészt nitrogént tartalmazó gázkeverékként, illetve levegőből képezzük ki.

Általános útmutatásként fogalmazható meg, hogy igen előnyös az a megvalósítási módja a találmány szerinti eljárásnak, amikoris a reakciórendszert a mátrixképző fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de a belőle létrejövő fémes mátrix anyag forráspontja és a permeábilis töltőanyag olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten tartjuk. Ez azt jelenti, 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, akkor a reakció rendszerben mintegy 1050 °C és mintegy 1125 °C közötti hőmérsékleten biztosítunk, továbbá ha mátrixképző fém alapanyagként öntöttvasat alkalmazunk, akkor a reakciórendszerben általában mintegy 1250 ’c és mintegy 1400 °C közötti hőmérsékletű környezetet hozunk létre.

Különösen célszerű, ha a legalább egy kiegészítő testet fémből, kerámia anyagból, összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia anyagból, összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia anyagból vagy ezek kombinációjából készítjük el.

A találmány szerinti eljárás megvalósítása során tehát olyan reakciórendszert alakítunk ki, amely (1) impermeábilis falú tartályt, (2) az impermeábilis falú tartályban elrendezett laza szerkezetű töltőanyagot és/vagy formatestet, (3) a töltőanyaggal és/vagy a formatesttel érintkezésben vagy azok szomszédságában elrendezett legalább egy kiegészítő testet, (4) az eljárás megvalósítása alatt megolvadt állapotú mátrixképző fémet, (5) reaktív atmoszférát és (6) a reakciórendszert, pontosabban a reaktív atmoszférát a környező atmoszférától elválasztó lezárást tartalmaz. A megolvasztott mátrixképző fémet a töltőanyaggal és/vagy a formatesttel a reaktív atmoszféra jelenlétében érintkezésbe hozzuk és ennek során a lezárást fenntartjuk. A reaktív atmoszféra a megolvadt mátrixképző fém alapanyaggal és/vagy a töltőanyaggal (formatesttel) és/vagy az impermeábilis falú tartállyal reakcióba lép, ezzel belőle a gázok legalább egy része szilárd összetevőkként válik ki, ennek következtében vákuum (nyomáshiányos tér) keletkezik, amelynek hatására a megolvadt fém alapanyag a töltőanyagba vándorol, kapcsolatba kerül a legalább egy kiegészítő testtel. A nyomáshiá24 nyos teret (vákuumot) biztosító reakciót elegendő hosszú ideig lehet a megolvadt mátrixképző fém alapanyag és/vagy a töltőanyag (formatest) és/vagy az impermeábilis falú tartály anyaga között fenntartani ahhoz, hogy a töltőanyag, illetve a formatest laza szerkezetét a megolvadt mátrixképző fém alapanyag teljes mértékben átjárhassa. Adott esetben, természetesen, elegendő lehet, ha a megolvadt fém csak részben telíti a töltőanyag, illetve a formatest szerkezetét. Az átjáratást azonban mindenképpen addig folytatjuk, amíg a megolvadt mátrixképző fém alapanyag legalább részben kapcsolatba kerül a kiegészítő testtel vagy több kiegészítő test felhasználása esetén közülük legalább eggyel. Adott esetben a reakciórendszert a fém alapanyagtól eltérő összetételű fémet tartalmazó lezárással alakíthatjuk ki.

A lezárást például a környező atmoszféra és a fém közötti kémiai reakcióval biztosítjuk, így a mátrixképző fém alapanyagtól eltérő összetételű lezárás jön létre.

Igen előnyös a belső fizikai lezárás, amikor a mátrixképző fém alapanyag nedvesíti az impermeábilis falú tartályt és/vagy a kiegészítő test egy részét, amely kinyúlhat a megolvadt mátrixképző fém alapanyag felszíne fölé, miután ez utóbbit az impermeábilis falú tartályba töltöttük. Ez is a lezárást teszi lehetővé.

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 meghatározott 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 anya gából legfeljebb annyi távozik, amennyi még nem okozza a gátló elem anyagi minőségéből adódó funkció ellátását).

Az összekötött melléknév mindazon végtermékeket illetjük, amelyek a találmány szerinti eljárással nyerünk és amelyekben két test között tartós kapcsolat jön létre. Ez a kapcsolat kialakulhat fizikai és/vagy mechanikai és/vagy kémiai eszközök révén. A fizikai összekötöttség azt jelenti, hogy a két test közül legalább egy, amely az eljárás végrehajtása során általában folyékony halmazállapotban van, egy másik test mikrostruktúrájának legalább egy részét átjárja. Ezt a folyamatot a nedvesítés fogalma fedi a legjobban. A kémiai összekötés viszont kémiai reakció lefutását feltételezi, amikoris a két test közül az egyik anyagának legalább egy része kémiai reakcióba lép a másik test anyagának legalább egy részével és így közöttük kémiai kötés jön létre. A mechanikai összeköttetést például a makroszkopikus átjáratás teszi .lehetővé, amikor az egyik test behatol a másik test belsejébe. Ennek példája lehet az, amikor az egyik test a másik test felületén kialakított horonyba vagy járatba illeszkedik. Az ilyen mechanikai összeköttetés nem zárja ki a mikroszkopikus jellegű átjáratást, a nedvesítést, vagy a kémiai reakciót, tehát további összeköttetési módok biztosítását.

A mechanikai összeköttetés egyik lehetősége a zsugorillesztés, amikoris nyomás biztosítja, hogy az egyik test a másikhoz illeszkedjék. Ebben az esetben általában az egyik test az, amely nyomást gyakorol a másikra.

A bronz olyan anyagot jelent, amely lényegében rézben gazdag ötvözet. Ez tartalmazhat vasat, ónt,, cinket, alumíniu mot, 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, pe helyszerű anyag, állhat lemezkékből, 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 vagy szilícium-karbidból 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 többszörösen összetett vagy többszörösen összetett test fogalma két vagy több anyag olyan kombinációját jelenti, amikor ezek egymással belső szerkezetükben kapcsolódnak, de legalább az egyik test fém alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia anyagból áll, amelyet a találmány szerinti technikával, nyomáshiányos tér felhasználásával állítunk elő. A másik test lehet ugyancsak fém alapú összetett szerkezetű kerámia ········«··· ·· ·· ·· · · ·

- 29 anyag, de ezen kívül ugyancsak szóba jöhetnek az egyszerű kerámia anyagú mátrixú kerámia testek, a fémes testek és az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testek. Az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test külső és/vagy belső felületnél rendezhető el. Ezen túlmenően ilyen anyagból átmeneti réteg is kialakítható két vagy több test között. Nyilvánvaló, hogy az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test vagy testek elrendezése, száma és/vagy elhelyezkedése a mátrixképző fém alapanyag maradványaihoz és/vagy az előzőekben említett anyagokhoz képest lényegében korlátlan számú variációban tervezhető meg.

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 ötvözet, 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 töl-

.» tőanyag 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 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, • ·

- 31 Μ amelyek egymásra hatásával vákuum jön létre és így a mátrixkép2ő 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 elválasztottan 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, hogy a létrejövő összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test tulajdonságai a kívántak legyenek.

A kiegészítő test (esetleg második anyag) a továbbiakban a kiegészítőleg alkalmazott kerámia vagy fém alapú kerámia anyagokat, továbbá az összetett szerkezetű fém vagy kerámia mátrixú kerámia anyagokat jelöli, amelyeket a találmány szerinti eljárással előállított test szerkezetébe építünk.

A nedvesítőszer olyan anyagot jelöl, amelyet a mátrixképző fémhez és/vagy a töltőanyaghoz vagy a formatesthez adagolunk és amely elősegíti a nedvesítési 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 példakénti, de az igénypontokban megfogalmazott oltalmi kört messze nem kimerítő megvalósítási módok és példák kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti eljárás megvalósítására szolgáló, külső lezárást hasznosító tipikus elrendezés vázlatos keresztmetszete, a

2. ábra a találmány szerinti eljárás megvalósításának tipikus elrendezést feltételező folyamatábrája, a

3. ábra az 1. példa szerinti eljárással létrehozott többszörö33 ··«· ·· ·· · ·· * · ♦ · · · · • ·· *·.·· · · ·· · · ··«··· · «· · 4 ·· · ·· sen összetett test vízszintes keresztmetszetének fényképe, a

4. ábra a 2., 3., 4., 5. és 7. példa szerint létrehozott több- szörösen összetett kerámia test felső felületén levő négy rés felülnézete, az

5. ábra a 2. példa szerint létrehozott többszörösen összetett kerámia végtermék fényképe, a

6. ábra a 3. példa szerint létrehozott többszörösen összetett kerámia test függőleges keresztmetszete, a

7. ábra a 4. példa szerint létrehozott többszörösen összetett kerámia test függőleges keresztmetszete, a

8. ábra a 4. példa szerint létrehozott többszörösen összetett kerámia végtermék fényképe, a

9. ábra az 5. példa szerint létrehozott többszörösen összetett kerámia test függőleges keresztmetszete, a

10. ábra az 5. példa szerint létrehozott többszörösen össze- tett kerámia végtermék fényképe, a

11. ábra a 6. példa szerinti többszörösen összetett kerámia test elkészítéséhez összeállított elrendezés függőleges keresztmetszete, a

12. ábra a 6. példa szerint létrehozott többszörösen összetett kerámia végtermék fényképe, a

13. ábra a 7. példa szerint létrehozott többszörösen összetett kerámia test függőleges keresztmetszete, a

14. ábra a 7. példa szerint létrehozott többszörösen összetett kerámia végtermék fényképe, a

15. ábra a 8. példa szerint létrehozott cső alakú többszörösen összetett kerámia test vízszintes keresztmetszetének

- 34 ···· ·· « fényképe, a

16. ábra a 9. példa szerint létrehozott többszörösen összetett kerámia test függőleges keresztmetszete, a

17. ábra a 9. példa szerint létrehozott többszörösen összetett kerámia test függőleges keresztmetszetének fényképe, a

18. ábra a 10. példa szerint létrehozott többszörösen össze- tett kerámia test vízszintes keresztmetszete, a

19. ábra a 11. példa szerint létrehozott többszörösen össze- tett kerámia test függőleges keresztmetszetének fényképe , a

20. ábra a 12. példa szerint létrehozott többszörösen össze- tett kerámia végtermék függőleges keresztmetszetének fényképe, a

21. ábra a 13. példa szerint létrehozott többszörösen össze- tett kerámia test vízszintes keresztmetszete, a

22. ábra a 14. példa szerint létrehozott többszörösen össze- tett kerámia test függőleges keresztmetszete, míg a

23. ábra a 15. példa szerint létrehozott kétréteges többszörö- sen összetett kerámia test vízszintes keresztmetszetének fényképe.

A találmány szerinti eljárást általában az 1. ábrán bemutatott 30 elrendezésben valósítjuk meg, amely mindazoknak az elrendezéseknek az elvi vázlatát jelenti, amelyekkel többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test állítható elő. A többszörösen összetett szerkezet a fémes mátrix mellett kiegészítő test(ek) jelenlétét feltételezi, ahol a fémes mátrixot az előállítási folyamatának kezdetétől fenntartott vákuum (nyomáshiányos tér) segítségével alakítjuk ki. Ebből a célból ··«· «· »· · ··_ • * · · 9 ·· a 99 999 · · ·· « · · « · · ···· · · ·· «· 99 9··

- 35 31 töltőanyagot vagy formatestet - ennek kialakítására és anyagi minőségére a továbbiakban még visszatérünk - legalább egy 29 kiegészítő test mellett rendezünk el, amely második anyagból áll, például összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testet képez. A 29 kiegészítő testet és a 31 töltőanyagot vagy formatestet 32 impermeábilis falú tartályban rendezzük el, amely alkalmas olvadék állapotú 33 mátrixképző fém, mint fém alapanyag és reaktív atmoszféra befogadására. A 32 impermeábilis falú tartály 36 alaplappal és a 30 elrendezést körbefogó 35 fallal van kiképezve, körülötte 37 környező atmoszféra van, amelytől belső terét 34 lezárás választja el.

A 31 töltőanyagot a reaktív atmoszférával (ez utóbbi a töltőanyag vagy a formatest pórusaiban is biztosítható) kapcsolatba hozzuk és ezt a kapcsolatot elegendő ideig tartjuk fenn ahhoz, hogy a reaktív atmoszféra megfelelő gáz összetevői a 31 töltőanyagot a 32 impermeábilis falú tartályon belül teljesen vagy részben átjárják. A 31 töltőanyaggal vagy formatesttel a 33 mátrixképző fémet olvadék állapotban vagy szilárd öntecsként hozzuk kapcsolatba. A 34 lezárást vagy a hozzá hasonló funkciót ellátó lezáró réteget a továbbiakban ismertetendő módon alakítjuk ki, ez kerülhet a 33 mátrixképző fém olvadékának felületére is, amikor üvegszerű rétegként választja el egymástól a 32 impermeábilis falú tartályban kialakuló reaktív atmoszférát a 37 környező atmoszférától. A 34 lezárás lehet belső és külső (a 31 töltőanyaghoz viszonyítva), kialakítható olyan rétegként, amely például szobahőmérsékleten egyáltalában nem biztosít elválasztást az atmoszférák között, de ezt a funkciót a találmány szerinti eljárás megvalósításához szükséges mege«V

- 36 • «eV melt hőmérsékleten (a 33 mátrixképző fém olvadáspontja fölött) ellátja. A 30 elrendezést összeállítása után kemencébe helyezzük, annak hőmérséklete a folyamat kezdetén tetszőlegesen állítható be, tehát az eljárás megvalósítható szobahőmérsékletről kiindulva ugyanúgy, mint a kemence kívánt hőmérsékletre történő előhevítése után. A találmány szerinti eljárást olyan feltételek között valósítjuk meg, hogy a kemence belső terének hőmérséklete a 33 mátrixképző fém olvadáspontját meghaladja, de a létrejövő szilárd anyag forráspontja alatt marad. Ilyenkor a 33 mátrixképző fém hatékonyan képes behatolni a 31 töltőanyagba vagy a formatestbe, kapcsolatba léphet a 29 kiegészítő testtel, annak legalább egy részét szintén átjárhatja, miközben nyomáshiányos tér áll fenn.

A 2. ábra a javasolt eljárás folyamatábrája. Itt lényegében leegyszerűsített módon mutatjuk be a találmány szerinti eljárás megvalósítását, amelynek során az első lépésben 32 impermeábilis 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 többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú test későbbi kinyerését. A tartályon belül más anyagok is alkalmasak erre a célra, mint például felszórással bevitt bórtrioxid, a 33 mátrixképző fémhez adagolt ón, aminek révén a kapott többszörösen összetett szerkezetű fémes mátrixú testet viszonylag könnyen el lehet távolítani a tartályból vagy öntő• · • ·· · · ······ · ·· ·· ·· · · ·

- 37 edényből. A tartályt a 31 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 33 mátrixképző fém maradványa viszonylag könnyen eltávolítható, miután a 31 töltőanyagnak a 33 mátrixképző fémmel való átjáratását befejeztük.

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 33 mátrixképző fém megolvadt állapotban a megfelelően választott 31 töltőanyaggal vagy formatesttel — amelyet legalább egy 29 kiegészítő test szomszédságában vagy azzal érintkezésben rendezünk el — a kívánt összetételű reaktív atmoszféra jelenléte mellett a 32 impermeábilis falú tartályban egymással kapcsolatba lép, a reaktív atmoszféra és a 33 mátrixképző fém és/vagy a 31 töltőanyag vagy formatest és/vagy a 32 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 33 mátrixképző fém olvadéka számára permeábilis szerkezetű 31 töltőanyagon vagy a formatesten belül • · · · · · · » · · ··* ·· · » • ·· · · ······ ·

- 38 vákuum hozható létre, amelynek hatására a megolvadt 33 mátrixképző fém rákényszerül, hogy a 31 töltőanyag üres tereibe behatoljon. A vákuum létrejötte abból a szempontból is előnyös, hogy hatására a nedvesítés! folyamatok hatékonysága javul. Ha a reaktív atmoszféra és a megolvadt 33 mátrixképző fém között a reakciót tovább folytatjuk (ugyanez vonatkozik a reaktív atmoszféra és a 31 töltőanyag vagy formatest, illetve a 31 töltőanyag és a 32 impermeábilis falú tartály közötti reakcióra), a 33 mátrixképző fém behatol a 31 töltőanyagba vagy a formatestbe és így további vákuum jön létre. A reakciót elegendően hosszú ideig lehet folytatni ahhoz, hogy a 33 mátrixképző fém a kívánt mértékben járja át a 31 töltőanyagot vagy a formatestet, ahol a kívánt mérték akár az utóbbiban rendelkezésre álló teljes térfogatot is jelentheti. A 31 töltőanyagot, illetve a formatestet olyan szerkezettel kell kialakítani, hogy őt a reaktív atmoszféra átjárhassa, üres tereit kitölthesse. Ezen túlmenően a többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítása céljából a megolvadt 33 mátrixképző fém alapanyaggal a 31 töltőanyagot, illetve a töltőanyagból készült formatestet olyan mértékben kell átjáratni, hogy terjedésének menetében a megolvadt 33 mátrixképző fém alapanyag a 29 kiegészítő testtel, vagy a 29 kiegészítő testek közül legalább eggyel érintkezésben kerüljön.

A jelen találmány ismertetése különböző 33 mátrixképző fémek alkalmazására ad kitanítást, ahol a 33 mátrixképző fém alapanyagot és a vele kapcsolatba lépő egyéb szilárd összetevőket reaktív atmoszféra hatókörében rendezzük el. Számos olyan kombináció adható meg, amelyekben a 33 mátrixképző fém és a re« · ·

- 39 aktív 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 32 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 33 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 34 lezárást biztosít. A 32 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 32 impermeábilis falú tartály anyaga úgy is választható, hogy az a reaktív atmoszférával és/vagy a 33 mátrixképző fémmel és/vagy a 31 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 32 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 32 impermeábilis falú tartály anyaga igen széles körből választható. A megfelelő anyagok között találjuk az öntött vagy olvasztott alumíniumtrioxidot, a szilícium-karbidot, továbbá a 33 mátrixképző fémben kis mértékben vagy egyáltalában nem oldódó fémeket, például a rozsdamentes acélt (alumínium, réz és bronz 33 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 • · · · • · « · · · * • »······· ♦ • ·· ·· ······ · ·· ·· ·· · ··

- 41 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 hőmérsékleteken folyékony lehet. Az ilyen készítményekkel szemben követelmény az, hogy a 32 impermeábilis falú tartályon belül létrejövő vákuum hatására gázzáró jellegüket fenntartsák, például viszkózus módon tapadjanak a 32 impermeábilis falú tartály, a 31 töltőanyag és/vagy a formatest felületéhez. Ilyen anyagok például az üvegszerü készítmények (mint a bór-trioxid, B₂O₃), a kloridok, a karbonátok, stb., amikoris azonban figyelembe kell venni, hogy a 32 impermeábilis falú tartály, a 31 töltőanyag vagy a formatest szerkezeti porozitását olyan kis méretű járatoknak kell képezniök, amelyeket az üvegszerű bevonó anyag hatásosan képes elzárni.

A találmány szerinti eljárás megvalósításához fémes mátrix kialakítására alkalmas 33 mátrixképző fém alapanyagot kell használni. Ez esetben feltétel, hogy az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag a folyamat megemelt hőmérsékletén alkalmas legyen a 31 töltőanyag vagy formatest szerkezetébe való behatolásra, a 31 töltőanyagon belül vákuumos feltételek biztosítására. A 33 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 33 mátrixképző fém alap42 ···· ·· · · · · * • · · ♦ · · · • ·· ··· ·· · · • ·· ·· ······ · • * ·· ·· · ·· anyag behatol a 31 töltőanyag vagy a formatest szerkezetébe, mégpedig az abban kialakuló vákuum hatására. Továbbá a felhasznált rendszer jellemzőitől függően a 33 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 31 töltőanyag szerkezetét átjárni.

A 33 mátrixképző fém anyaga igen előnyösen ötvözhető a nedvesítés! folyamatot elősegítő összetevővel, aminek révén a mátrixképző fém és a 31 töltőanyag között a kapcsolat létrejötte könnyebbé válik, a fémes mátrix és általában az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test porozitása csökken, a 31 ^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 31 töltőanyagba, akár mint további összetevő a 33 mátrixképző fémben levő nedvesítőszerhez képest, akár pedig egyedüli nedvesítőszerként. Olyan nedvesítőszer ugyancsak felhasználható, amely a 33 mátrixképző fém alapanyagnak a legalább egy 29 kiegészítő testtel szembeni nedvesítő képességét javítja és ezzel járul hozzá nagy szilárdságú, kiváló kohézióval jellemzett többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállításához.

A nedvesítőszer bevitele révén a 33 mátrixképző fém és a 31 töltőanyag közötti folyamatokat elősegítő nedvesítés! jelen• ·* ··· · · · · • ·· ·· ······ · ·· ·· ·· · ·♦

- 43 ségek következnek be, ezek eredményeként javulnak a kapott összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia végtermék fizikai jellemzői, például húzószilárdsága vagy eróziós (koptató) hatásokkal szembeni ellenállóképessége, stb. Ha az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag a 31 töltőanyagot hatásosan tudja nedvesíteni, akkor ez az utóbbi eloszlásának egyenletességét javítja a kapott összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testben, megerősíti a 31 töltőanyag és a 33 mátrixképző fém részecskéi közötti kapcsolatot. A nedvesítőszereket a 33 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, 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 31 töltőanyagba, vagy adott esetben csak egy 31 töltőanyag bevitele akár a 33 mátrixképző fémbe, akár a 31 töltőanyagba, mivel ennek segítségével a végtermékként kapott többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test tulajdonságai a kívánt irányban hatásosan befolyásolhatók.

Ha erre szükség van, a 3 3 mátrixképző fémből külön tartalékot lehet kiképezni, amivel a 31 töltőanyag térfogatának teljes mértékű átjáratásához szükséges fém biztosítható. Ez a tartalék képezheti az alkalmazott elrendezés olyan részegységét is, amelyben a kiinduláskor alkalmazott 33 mátrixképző fém alapanyagától eltérő fémet rendezünk el. Adott esetben ugyanis célszerű lehet a 33 mátrixképző fémet többféle fém felhasználásával létrehozni, amikor a tartalék a kiinduláskor alkalmazott ···* ·· ·· ♦ ·· ♦ · · · · · · • ····*··· ♦ • ·· · · ······ · ·· ·· ·· · · · fémtől eltérő összetételű. Ha például a kiinduláskor felhasznált 33 mátrixképző fém alumínium vagy alumíniumötvözet, a folyamat egy adott pontjától kezdve célszerű lehet más 33 mátrixképző fémet vagy fémötvözetet bevinni, feltéve, hogy az a kiinduláshoz szükséges hőmérséklettartományban megolvasztható. Itt figyelembe lehet venni azt, hogy a megolvadt 33 mátrixképző fémek egymással jól keverhetők, tehát a találmány szerinti eljárás megvalósítása során a megnövelt hőmérsékletet elegendő ideig fenntartva elérhető, hogy a tartalékként használt 33 mátrixképző fém a kiindulási 33 mátrixképző fémmel a 31 töltőanyag szerkezetében, annak átjárása közben keveredjék. Ezért a tartalék 33 mátrixképző fémet a kiindulási 33 mátrixképző fémtől eltérő 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 33 mátrixképző fémtől, a 31 töltőanyagtól, illetve a formatesttől, a felhasznált legalább egy 29 kiegészítő test anyagától (anyagaitól) és a reaktív atmoszférától függően választunk meg. Ha például alumíniumot mint 33 mátrixképző fém alapanyagot kívánunk megmunkálni, a hőmérsékletet sok esetben elegendő mintegy 700 “C és mintegy 850 °C közötti értékre választani. Az esetek többségében viszont célszerűnek tűnik a 850 °C—t meghaladó, de 1000 °C alatt maradó hőmérsékletek biztosítása. Ha a 33 mátrixképző fém alapanyag bronz vagy réz, a tapasztalat különösen a hozzávetőlegesen 1050 ’c-tól a ···· ·· ·« « • · · ♦ · • ·· ··· · · • · · · · · ···· ·· ·· ·· ·

nem feltétlenül kell, hogy egyenletes legyen, bár a tapasztalat azt bizonyítja, hogy az egyenletes eloszlás hozzájárul a többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testben a fémes mátrixú rész kívánt tulajdonságainak megbízható kialakításához .

A találmány szerinti eljárás megvalósításának előkészítésekor az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test kialakításához a 31 töltőanyagok széles választéka áll rendelkezésre. Az, hogy végülis melyiket választjuk, függ a 33 mátrixképző fémtől, a megmunkálás feltételeitől, a legalább egy 29 kiegészítő test anyagi minőségétől és kialakításától, az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag reakcióképességétől, az adott reaktív atmoszféra mellett, a reaktív atmoszféra anyagi minőségétől, magának a 31 töltőanyagnak a reaktív atmoszférával szembeni reakcióképességétől, az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag és a 32 impermeábilis falú tartály között kialakuló reakciók lehetőségétől és mértékétől, valamint a végtermékként kapott többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testnek a fém mátrixszal biztosítani kívánt tulajdonságaitól. Ha például a 33 mátrixképző fém alumíniumból épül fel, a 31 töltőanyagokra alapvetően a következő lehetőségek jöhetnek szóba: (a) oxidok (mint például alumínium-trioxid); (b) karbidok (például szilícium-karbid) ; (c) nitridek (például titán—nitrid) alkalmazása. Ha a 31 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 időtartamának korlátozása, a hőmérséklet csökkentése, eset-

• · ·· ·· t·· • ♦ ·· • · · · · ·· • ······ · • · · · · összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet, pontosabban annak fém mátrixú összetevüjét a testnek a tartályból való kinyerése után vagy még a tartályban tartva hőkezelésnek vetjük alá. A hőkezelést általában ugyanúgy hajtjuk végre, mintha csak magát a kiindulási 33 mátrixképző fémet kívánnánk hőkezeléssel megmunkálni. A többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú test tulajdonságainak ilyen, a fémes mátrixú összetevőre irányuló befolyásolása felhasználható arra, hogy olyan végtermékként olyan testet állítsunk elő, amely megváltozott vagy szabályozott módon befolyásolt tulajdonságai révén alkalmas meghatározott ipari technológiai követelmények teljesítésére.

A találmány szerinti eljárás feltételei között fontos, hogy a 31 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 a reaktív atmoszféra megfelelő mennyiségű összetevője halmozódott fel a pórusokban, amikor mintegy 0,066 mm és 0,430mm közötti átlagos szemcsézettségű frakciókból kialakított 31 töltőanyagot (formatestet) alkalmaztunk. Az így megválasztott 31 töltőanyagnál a reaktív atmoszféra teljes mennyisége vagy adott esetben csak szükséges részmennyisége vesz részt a reakciókban, kapcsolódik a 33 mátrixképző fém és/vagy a 31 töltőanyag (formatest) és/vagy a 32 impermeábilis falú tartály összetevőihez, aminek eredményeként az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyagot a 31 töltőanyag (formatest) pórusaiba kényszerítő vákuum keletkezik. A 31 töltőanyagon (formatesten) belül a reaktív atmoszféra eloszlása ·· ·

- 45 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 33 mátrixképző fém olvadáspontját, de ne lépje túl ugyanennek a fémnek a forráspontját.

A fémes mátrix összetételét és/vagy mikrostruktúráját az előállítani kívánt többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testben alkalmazott fémes mátrixú kerámia komponens létrehozási folyamatában alkalmazott paraméterekkel ugyancsak szabályozni lehet, hogy ezzel a kapott többszörösen összetett test végső jellemzőit megfelelő módon beállíthassuk. Egy adott reakciórendszerben a megmunkálás feltételei úgy befolyásolhatók, hogy például intermetallikus vegyületek, oxidok, nitridek szabályozott módon alakuljanak ki. Ezen túlmenően, a fémes mátrix összetételének az előzőekben említett befolyásolásán kívül a 31 töltőanyagnak az olvasztott 33 mátrixképző fémmel való átjáratása után a létrejött még forró többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test hűtési folyamatának irányításával, a hűtés sebességének beállításával célszerűen lehet szabályozni a test néhány további fizikai tulajdonságát, különösen porozitását. Az irányított hűtési folyamat számos esetben előnyös lehet, ilyenkor a már kialakult többszörösen összetett szerkezetű fémes mátrixú kerámia testet tartalmazó tartályt hűtőlapra helyezzük vagy a hűtést úgy biztosítjuk, hogy a tartály felszínénél adott helyeken hőszigetelő elemeket helyezünk el. Néhány további fizikai jellemző, például a húzószilárdság kedvezően befolyásolható úgy is, hogy az elkészült többszörösen

lég a 31 töltőanyag egészének vagy részelemeinek reakcióban nem résztvevő, a folyamat feltételei között lényegében semlegesen viselkedő bevonattal való ellátása. A 31 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, 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 31 töltőanyagot alkothatják homogén vagy heterogén fázisok, alakját tekintve állhat egy vagy több részből.

A 31 töltőanyag alakját és szemcseméretét, frakcióit az előállítani kívánt többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testhez kialakítandó fémes mátrixú összetevő tervezett tulajdonságainak megfelelően választjuk meg. így a frakciók állhatnak szemcsékből, pálcikákból, lemezkékből vagy szálakból, azzal a feltétellel, hogy a 3 3 mátrixképző fém alapanyag a létrehozott szerkezetet jól át tudja járni. Ennek megfelelően gömbök, golyók, pelletek, csövecskék, szövetek ugyancsak alkalmazhatók. A 31 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 31 töltőanyag átlagos szemcseméreteit szokásosan a mintegy

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 31 töltőanyag fizikai jellemzőinek (a részecskenagyságnak) megválasztásával olyan permeábilis szerkezetű massza vagy formatest hozható létre, amely elősegíti a többszörösen * összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testben létrehozott • fém mátrixú komponens kívánt tulajdonságainak biztosítását. A különböző ipari alkalmazások igényeit figyelembe véve a 31 töltőanyag gyakorlatilag minden felhasználáshoz célszerűen megválasztható. A végtermék fémes mátrixú összetevőjének tulajdonságai ezen túlmenően úgy is befolyásolhatók, hogy a 31 töltőanyagot több különböző frakcióból, térben inhomogén, változó szemcsenagysággal és/vagy térkitöltéssel (sűrűséggel) képezzük ki.

A 31 töltőanyag mennyisége változtatható úgy is, hogy a reakciórendszert az infiltrációs folyamat során rázzuk, a 33 mátrixképző fémet porított fémből kiindulva hozzuk létre, és azt a töltőanyaggal még az átjáratás előtt kikeverjük. A 31 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 33 mátrixképző fémmel és/vagy a 31 töltőanyaggal és/vagy a 32 impermeábilis falú tartállyal reakcióba lépve kiváljanak, olyan reakcióterméket alkossanak, amely az azt létrehozó kiindulási

- 50 •r · anyagoknál kisebb térfogatot foglal el, vagyis a reakcióba lépő 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 33 mátrixképző fém alapanyaggal és/vagy a 31 töltőanyaggal és/vagy a 32 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 33 mátrixképző fém alapanyag beszívását a 31 töltőanyagba, illetve a formatestbe. A reaktív atmoszféra és a 33 mátrixképző fém és/vagy a 31 töltőanyag és/vagy a 32 impermeábilis falú tartály közötti reakció elegendő ideig tartható fenn ahhoz, hogy a mátrixképző fém alapanyag legalább részben átjárhassa a 31 töltőanyagot, esetleg annak teljes térfogatát kitölthesse. A megolvadt 33 mátrixképző fém alapanyagnak a 31 töltőanyagot, illetve a formatestet legalább olyan mértékben kell átjárnia, hogy a megolvadt 33 mátrixképző fém a 29 kiegészítő testtel, vagy több ilyen test jelenléte esetén legalább egy 29 kiegészítő testtel kapcsolatba kerüljön, ahol a 29 kiegészítő test(ek) a 31 töltőanyag (formatest) mellett és/vagy azzal érintkezésben van(nak) elrendezve. 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-nit··«· ·· • » • ·· ·· · « · · · · · ···· · · ·· «· ·· 4 ··

- 51 rid. 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 31 töltőanyaggal vagy formatesttel kívülről érintkező 33 mátrixképző fém alapanyag behatol a vele érintkező testbe. A létrehozott reakciórendszer összetételétől függően a 31 töltőanyag és/vagy a 32 impermeábilis falú tartály hasonló módon reakcióba léphet a reaktív atmoszférával, így jön létre az a vákuum (csökkentett nyomású tér), amely a 33 mátrixképző fém alapanyagot a 31 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 összetevő kialakulásához, amely legalább egy 29 kiegészítő testet kapcsol be az előállítani kívánt összetett szerkezetű test anyagába.

Adott esetben célszerű lehet olyan 34 lezárás vagy lezáró rendszer létrehozása, amellyel a gázáramlás a környező atmoszférából a 31 töltőanyaghoz vagy a formatesthez korlátozható, vagyis a reakciórendszer tere a környező atmoszférától elválasztható, a reaktív atmoszférába a környező levegő nem juthat be. Az 1. ábrára hivatkozással megállapítható, hogy a 32 impermeábilis falú tartály és a 31 töltőanyag a 37 környező atmoszférától úgy válik el, hogy a reaktív atmoszféra és az olvasztott állapotú 33 mátrixképző fém és/vagy a 31 töltőanyag, illetve formatest és/vagy a 32 impermeábilis falú tartály közötti reakció folyamatában a reaktív atmoszféra és a környezet ν··ν 9999 • · · « • ····♦ • · » • ι4· ·· • ·<

• ·· > · · ·· • ···· ·· • ·· 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 elmondható, hogy a környező atmoszféra és a reaktív atmoszféra közötti szigetelést a 32 impermeábilis falú tartály anyaga biztosítja. Mivel a mátrixképző fémet általában a környező atmoszféra számára átjárhatatlan olvadékként tudjuk a folyamatba vinni, az olvasztott állapotú 33 mátrixképző fém szintén hozzájárul az atmoszférák kívánatos elszigeteléséhez. Fontos azonban megjegyezni, hogy a 32 impermeábilis falú tartály és az olvasztott állapotú 33 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 34 lezárás ezért lehet belső vagy külső. A külső 34 lezáráson azt értjük, hogy a lezáró hatás az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyagtól függetlenül vagy az ezzel az alapanyaggal már biztosított hatást kiegészítőén jelentkezik, például a reakciórendszer további összetevőihez adagolt anyag hatására. A belső 34 lezárás egyértelműen a « · · · · mátrixképző fém egy vagy több tulajdonsága által előidézett lezárást jelenti, például azt a 34 lezárást, amit a 33 mátrixképző fém nedvesítő hatása biztosít a 32 impermeábilis falú tartállyal való érintkezés során. Belső mechanikai 34 lezárás úgy is létrehozható, hogy az olvadék állapotú fém alapanyagból megfelelő mélységű réteget hozunk létre, vagy a 31 töltőanyagot, illetve a formatestet az olvadékba merítjük, amint arról a műszaki szintet meghatározó ismert megoldások elemzése során beszámoltunk.

Számos alkalmazást tekintve kitűnt azonban, hogy a műszaki szintből ismert bemerítéses eljárások nem kellően hatékonyak, ezen túlmenően hátrányuk az, hogy végrehajtásukhoz a 33 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 33 mátrixképző fém felületére olyan szilárd anyagot vagy folyadékot viszünk fel, amely a találmány szerinti eljárás megvalósításának viszonylag magas hőmérsékletén a 33 mátrixképző fém anyagával szemben kémiailag semleges marad. Az ilyen külső 34 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 34 lezárást ezért akár szilárd, akár folyékony halmazállapotú anyagokkal, például üvegszerű készítményekkel (mint bőr 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 32 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 33 mátrixképző fém alapanyag felületére olyan anyagot helyezünk, amely reakcióba lép például a 32 impermeábilis falú tartály anyagával. így záró hatású intermetallikus vegyület, oxid, karbid, stb. keletkezhet.

A belső fizikai zárás egy különösen előnyös lehetősége az, amikor a 33 mátrixképző fém a környező atmoszférával reakcióba lép és így a 33 mátrixképző fém kiindulási összetételétől eltérő komponensekből álló zárás alakul ki. Ha például a 33 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 • ·

- 55 belső zárás egy további lehetősége az, amikor a 33 mátrixképző fémhez ezt a zárást elősegítő segédanyagot adagolunk, amely a 33 mátrixképző fém és a környező atmoszféra közötti reakcióban hasznosul (például alumínium 33 mátrixképző fém alapanyag mellett magnéziumot, bizmutot, ólmot adagolunk, míg réz vagy bronz 33 mátrixképző fém alapanyag esetében szelén, tellúr és kén alkalmazása különösen javasolt erre a célra). A belső kémiai zárás kialakításában a mátrixképző fém és a 32 impermeábilis falú tartály közötti reakció ugyancsak hasznos lehet, amikor a tartály vagy bevonatának anyaga a 33 mátrixképző fémben oldódik és így intermetallikus vegyület képződik, amely a 31 töltőanyagot elzárja a környező atmoszférától.

Az előzőekből is következően a 34 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 31 töltőanyag szerkezetébe és adott esetben ezen át a reaktív atmoszférába. Az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag behatol a 31 töltőanyag laza szerkezetű vagy formatestté alakított permeábilis masszájába, ilyenkor a folyamathoz felhasznált 33 mátrixképző fém alapanyagnak a kiindulási helyen felhalmozódó mennyisége csökken. A 34 lezárásnak olyan szerkezetet kell biztosítani, hogy a környező atmoszférából gázok a 31 töltőanyagba ne juthassanak be, vagyis a 33 mátrixképző fém elfogyó mennyisége által hagyott teret kitöltő környező atmoszféra ne hatolhasson be a rendszerbe.

A jelen találmány szerinti eljárás foganatosítása során a többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállításához szükséges kiegészítő testet úgy is elrendezhetjük, hogy az a megolvadt 33 mátrixképző fém alapanyag felületéből a 32 impermeábilis falú tartályon belül kiálljón. Ebben az esetben a 33 mátrixképző fém alapanyag olvadékának elegendően biztos 34 lezárást kell létrehoznia a 29 kiegészítő test és a 33 mátrixképző fém között, hogy így a 29 kiegészítő test jelenléte miatt a 31 töltőanyag a 37 környező atmoszférától elváljék. A fentiekben elemzett, a megolvadt 33 mátrixképző fém és a 32 impermeábilis falú tartály közötti lezárást biztosító reakciók értelemszerűen a 33 mátrixképző fém alapanyag olvadékának és a 29 kiegészítő testnek a reakcióira is érvényesek, ha a 34 lezárást itt kell biztosítani.

A találmány szerinti eljárás megvalósítását gátló elem vagy szerkezet beépítése elősegítheti. Gátló elem készíthető minden olyan anyagból, amely a 31 töltőanyag egy adott határfelületénél a javasolt reakció és eljárás feltételei mellett az olvadék állapotú 33 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 33 mátrixképző fém alapanyag 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 32 impermeábilis falú tartály belső terébe.

• 4

- 57 így a gátló elemmel az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test alaktartása könnyíthető meg. A gátló elem létrehozásával megkönnyíthető a pontos alaktartású többszörösen összetett szerkezetű fémes mátrixú kerámia test előállítása.

A gátló elem alapanyagai között az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag, tehát a 33 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 33 mátrixképző fém mozgása lelassuljon, leálljon. Ez a felületi nedvesítés hiányát jelenti. Az ilyen jellegű gátló elem a 33 mátrixképző fémet alkotó anyaggal szemben kis mértékű affinitást mutat, esetleg az affinitás nincs is jelen, míg a gátló elem képes a 31 töltőanyagban vagy a formatestben egy adott felületen a 33 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, a többszörösen összetett szerkezetű fémes mátrixú kerámia testként elkészült termék csak minimális mértékű utólagos megmunkálást igényeljen.

Alumíniumot mint 33 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 szalagszerű formában, mint amilyen a Unión Carbide GRAFOIL márkanevű terméke, amely alkalmas a megolvadt alumínium mozgásának

leállítására, ha a 31 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 31 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 31 töltőanyag, illetve a formatest becsomagolható, és így a 33 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 31 töltőanyaggal, mielőtt az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet elkészítenénk.

A finomszemcsés anyagok más osztályai is jól használhatók, mint például a 0,031 mm lyukbőségű szitával nyert alumínium-trioxid frakció, ha gátló elemet kell létrehozni. Ezek a finomszemcsés anyagok nem minden esetben felelnek meg a kijelölt célnak, de mivel a 33 mátrixképző fém alapanyag áthatolása rajtuk sokkal kisebb sebességgel történik, mint a nagyobb szemcsékből álló 31 töltőanyagnál.

A gátló elem felvitelére nincs általános szabály, adott esetben ismert módon határfelületet alakítunk ki az erre a cél·· · · • ·

ra kiválasztott anyagból. Ilyen gátló anyagréteg felvihető festéssel, szórással, szitanyomással, elpárologtatással, 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 33 mátrixképző fém alapanyag vándorlása a 31 töltőanyagon belül csak eddig a gátló elemig következik be. A gátló elemmel való érintkezéskor a 33 mátrixképző fém alapanyag mozgása leáll vagy jelentős mértékben lelassul.

Az ismertté vált megoldásokhoz képest a vákuumnak az említett reakciórendszerben való generálása és ezzel együtt a gátló elem alkalmazása az előállítani kívánt többszörösen öszszetett szerkezetű fémes mátrixú kerámia testnek a találmány értelmében kialakított fémes mátrixú ússzetevője szempontjából számos előnnyel jár. A találmány szerinti eljárás megvalósításakor az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test úgy állítható elő, hogy nincs szükség költséges és bonyolult megmunkálásra. A 32 impermeábilis falú tartály lehet a kereskedelmi forgalomban beszerezhető vagy egy külön erre a célra létrehozott edény, amelybe a kívánt alakra hozott formatest behelyezhető, illetve amelyben a 31 töltőanyag felhalmozható és a 31 töltőanyaggal, illetve a formatesttel érintkezésben, illetve annak szomszédságában egyrészt legalább egy 29 kiegészítő test • ·

helyezhető el, másrészt reaktív atmoszféra hozható létre, továbbá a 33 mátrixképző fém alapanyag mozgását a létrehozandó többszörösen összetett szerkezetű fémes mátrixú kerámia test egy határfelületénél erőteljesen lassító vagy megállító gátló elem a kívánt helyen beépíthető. Itt a gátló elem egy adott határfelületnél képes az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag, mint 33 mátrixképző anyag mozgását leállítani. A 32 impermeábilis falú tartályba bevitt 33 mátrixképző fém alapanyag és/vagy a 31 töltőanyaggal való érintkezés eredményeként a találmány szerinti eljárás megvalósításakor a reaktív atmoszféra helyén vákuum keletkezik, amely kényszeríti a megolvadt 33 mátrixképző fém anyagát, hogy a 31 töltőanyag szerkezetébe hatoljon és a 29 kiegészítő testtel vagy legalább eggyel a 29 kiegészítő testek közül érintkezésbe lépjen. így bonyolult megmunkálási lépések kerülhetők el, például nincs szükség összetett alakzatokból kialakított öntőedények előkészítésére és felhasználására, nagy mennyiségű fémet tartalmazó olvadékfürdők fenntartására, az előállított termék feltárása céljából az öntőedény megsemmisítésére, stb. A 31 töltőanyag elmozdulása minimális mértékű, így a 32 impermeábilis falú tartályon belül, amelyet nem kell fémfürdőbe meríteni, a kívánt kerámia alakzat mérettartása nagy pontosságot érhet el.

A találmány tárgyát a továbbiakban példák ismertetésével mutatjuk be még részletesebben. Ezek a példák nyilvánvalóan csak egy-egy megvalósítási lehetőséget illusztrálnak és semmiképpen sem tekinthetők az oltalmi igény korlátjainak.

• ·

1. PÉLDA

Azt kívántuk bizonyítani, hogy fém mátrixú kerámia test összekapcsolható rozsdamentes acélból készült testtel, ha erre a célra összetett szerkezetű alumínium mátrixú kerámia közbenső réteget hasznosítunk.

Kereskedelmi forgalomban hozzáférhető alumínium-trioxidból készült tégelybe, amelynek belső átmérője mintegy 38,1 mm, magassága hozzávetőlegesen 63,5 mm volt, függőleges elrendezésben mintegy 12,7 mm átmérőjű és mintegy 63,5 mm hosszúságú rozsdamentes acél rudat raktunk, mégpedig úgy, hogy a rozsdamentes acél rúd a tégely fenéklapján nyugodott. A rozsdamentes acél rúd külső felszíne és az alumínium-trioxid tégely belső felszíne közötti térbe mintegy 19,1 mm vastag rétegben 31 töltőanyagot juttattunk, amely 0,43 mm átlagos szemcsézettségű szilícium—karbid részecskékből állt. A rozsdamentes acél rúd külső felületét előzetesen bór—trioxid vizes oldatával vontuk be. A bór—trioxid az Aesar Co. (Seabrook, New Hampshire) cég terméke volt. Az így kialakított 32 impermeábilis falú tartályba megfelelő mennyiségben olyan alumíniumötvözetet juttattunk, amely mintegy 2,5 - 3,5 tömeg% cinket, mintegy 3,0 - 4,0 tömeg% rezet, mintegy 7,5 — 9,5 tömeg% szilíciumot, mintegy 0,8 — 1,5 tömeg% vasat, mintegy 0,20 — 0,30 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,50 tömeg% mangánt, továbbá legfeljebb 0,35 tömeg% ónt, valamint legfeljebb 0,50 tömeg% nikkelt tartalmazott. Az ötvözetet a szobahőmérsékleten tartott 32 impermeábilis falú tartály alján, a szilícium-karbidból álló 31 töltőanyag felületére helyeztük. Ezt az elrendezést, tehát a 32 impermeábilis r

falú tartályt és a reakciórendszer benne elhelyezett összetevőit ezt követően mintegy 600 °C hőmérsékletre előhevített ellenállásfűtésü levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Ezt követően a kemence hőmérsékletét nagyjából 1,5 óra alatt mintegy 900 °C értékre emeltük, miközben a szilárd halmazállapotú fémötvözet megolvadt, belőle nagyjából 19,1 mm vastag rétegben fémolvadék jött létre, amely részben kitöltötte a rozsdamentes acél rúd és az alumínium—trioxid tégely között biztosított lényegében gyűrű alakú teret. A fémötvözet megolvasztása után felületét 34 lezárást biztosító anyaggal borítottuk be. Ezt úgy végeztük el, hogy az Aesar Co. (Seabrook, New Hampshire) cég által szállított bór—trioxidot porított formában az olvadék halmazállapotra hozott alumínium fém alapanyag felületére szórtuk. A beállított mintegy 900 °C hőmérsékleten nagyjából tizenöt percre volt szükség ahhoz, hogy a porított bór-trioxid lényegében teljes térfogatában megolvadjon, belőle üvegszerű réteg keletkezzen. Eközben a bór-trioxidban megkötött víz teljes mennyisége elgőzölgött, így gázokkal szemben impermeábilis réteg jött létre. Az elrendezést még további mintegy egy órán keresztül tartottuk a 900 °C körüli hőmérsékletű kemencében, ezt követően onnan kivettük és azonnal vízhűtésű vörösrézlapra helyeztük, amivel a létrehozni kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test irányított megszilárdítását biztosítottuk. A kialakult struktúrát elemezve megállapítottuk, hogy ebben az elrendezésben a megolvadt fém alapanyag a szilícium-karbidból álló töltőanyag szerkezetét teljes mértékben átjárta, belőlük összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test keletkezett, amely magába foglalta mind az alumínium-trioxid tégelyt, mind »♦»»

- 63 pedig a rozsdamentes acélból álló rudat, így szilárd többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test keletkezett, amelyben a fémes mátrix alapján kialakult közbenső réteg a kerámia testet (tehát az alumínium-trioxid tégelyt) és a fémből álló testet (a rozsdamentes acél rudat) körbefogta. A 33 mátrixképző fém maradéka, amely már nem tudott a szilícium-karbidból álló 31 töltőanyagba behatolni, az alumínium-trioxid tégelyhez, a fémes mátrixú közbenső réteggel, továbbá a rozsdamentes acél rúddal kapcsolódóan szilárdult meg, az elrendezés felső szintjén maradt vissza.

A 3. ábra az 1. példa szerint előállított többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test vízszintes keresztmetszetének fényképét mutatja be. Ezt kapott terméknek a 33 mátrixképző fém maradványait tartalmazó réteg alatti átvágásával nyert felületről készítettük, biztosítva az alumínium—trioxid anyagú tégely átvágását is. A 3. ábrán jól látható, hogy a végtermék keresztmetszetét 62 alumínium-trioxid tégely, 64 átmeneti réteg és 60 rozsdamentes acél rúd határozza meg, ahol a 64 átmeneti réteg összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként alakult ki.

2. PÉLDA

Azt kívántuk bizonyítani, hogy a találmány szerinti eljárás alkalmas olyan többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítására, amelynél kerámia alapú és alumínium mátrixú kerámia testek kapcsolódnak egymáshoz.

Impermeábilis falú tartályként 1,6 mm vastag AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készült mintegy 38,1 mm belső átmérő- 64 jű és mintegy 57,2 mm magasságú edényt használtunk, amelybe 0,017 mm átlagos szemcsézettségű porított alumínium-trioxidot (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) öntöttünk. Ennek felszínére olyan hengeres alakú összetett szerkezetű alumínium-trioxid mátrixú kerámia testet helyeztünk, amelynek töltőanyaga szilícium-karbid volt. A 32 impermeábilis falú tartályt nagyjából 38,1 mm belső átmérőjű és mintegy 57,2 mm hosszúságú rozsdamentes acél cső és nagyjából 44,5 mm szélességű és 44,5 mm hosszúságú rozsdamentes acél lemez egymáshoz való hegesztésével állítottuk elő. A hengeres alakú összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testet alumíniumból kiindulva a töltőanyagnak a megolvasztott alumíniummal levegőn történő átjáratásával és az alumínium egyidejű oxidációjával állítottuk elő. Az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felülete és a 32 impermeábilis falú tartály belső felülete közötti teret, amely gyűrű alakú volt, az előbb említett 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxid porral töltöttük fel, mégpedig úgy, hogy a por felső szintje nagyjából az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felső szintjénél legyen. A jelen példa szerint megvalósított eljárás feltételei között a 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxid por olyan gátló elemként működött, amelyet a 33 mátrixképző fém olvadéka nem volt képes átjárni. Az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testet úgy alakítottuk ki, hogy annak felső szintjében a 4. ábra szerinti alakzatot mutató elrendezésben négy, egyenként mintegy 0,089 mm széles és nagyjából 0,076 mm mély 66 vályú helyezkedett el. A 66 vályúk mintegy 8°-kai tértek el a hengeres alakú összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test függőleges tengelyével párhuzamos vonaltól. A kerámia test felső szintjére a 0,017 mm átlagos szemcsenagyságú alumínium-trioxid port nem szórtunk és vigyáztunk arra, hogy ez a por ne jusson be az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felületén levő 66 vályúkba. A kerámia test átmérője nagyjából 34,9 mm, magassága mintegy 7,9 mm volt. Az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felületére ezt követően mintegy 3,2 mm vastagságban 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidból álló töltőanyagot rétegeztünk. Ez a szemcsézett anyag töltőanyagként már behatolt az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felületén levő 66 vályúkba. A 32 impermeábilis falú tartályba ezt követően a 31 töltőanyag teljes felületét beborító mennyiségben olvasztott állapotban 33 mátrixképző fémet öntöttünk, amely alumíniumötvözetből állt.

Eközben a 32 impermeábilis falú tartályt szobahőmérsékleten tartottuk, míg az alumíniumötvözetet, amely mintegy 2,5 — 3,5 tömeg% cinket, mintegy 3,0 - 4,0 tömeg% rezet, mintegy 7,5 — 9,5 tömeg% szilíciumot, mintegy 0,8 — 1,5 tömeg% vasat, mintegy 0,20 — 0,30 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,50 tömeg% mangánt, továbbá legfeljebb 0,35 tömeg% ónt, valamint legfeljebb 0,50 tömeg% nikkelt tartalmazott, hozzávetőlegesen 800 ’c hőmérsékleten olvasztottuk meg. A 33 mátrixképző fém olvadékát ezt követően porított bór-trioxiddal (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire cég terméke) szórtuk be, aminek alapján 34 lezárást képeztünk ki. Ezt az elrendezést, tehát a rozsdamentes acélból készült 32 impermeábilis falú tartályt és a benne összeállított anyagokat ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük, amelyet előzetesen mintegy 800 *C hő66 mérsékletre melegítettünk. Mintegy tizenöt percet vett igénybe, amíg a 34 lezárást képző bór-trioxid por megolvadt és olvadékából a 34 lezárás üvégszerű rétege kialakult. Ennek az az előnye, hogy a porított bór-trioxidban levő esetleges víztartalom elpárolog és így lényegében gázoktól és gőzöktől mentes impermeábilis 34 lezárás jön létre. Ezt követően még mintegy további két órán keresztül az elrendezést a hozzávetőlegesen 800 °C hőmérsékletű kemencében tartottuk. A kijelölt időtartam elteltével az elrendezést a kemencéből kiemeltük és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó rozsdamentes acélból készült 36 alaplapot közvetlenül vízhűtésű vörösréz lappal hoztuk érintkezésbe, aminek segítségével a létrejött többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet irányított módon megszilárdítottuk. A szobahőmérsékletre való lehűlést követően az elrendezést szétszereltük, belőle a többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük, és megállapítottuk, hogy annak fém mátrixa és a kerámia mátrixú kiindulási test között biztos összeköttetés keletkezett. A fémes mátrixot ezt követően mintegy 0,38 mm vastag próbatestté csiszoltuk le. Ezt az elemet az 5. ábra mutatja be. Rajta hősokk vizsgálatokat végeztünk annak megállapítása céljából, hogy erőteljes hőhatás esetén alkotóelemei, vagyis az őt létrehozó 68 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test és 70 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test egymástól elválnak-e. A hősokkot úgy biztosítottuk, hogy először levegöatmoszférájú kemencében a többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet 500 °C hőmérsékletre hevítettük, ezen tizenöt percen át tartottuk, ezt követően a kemencéből szobahőmérsékletű térbe • ·· ·· ······ · • · * · · · · *·

- 67 távolítottuk el és ott is tizenöt percen át tartottuk. A szobahőmérsékletű levegő tizenöt percen át tartó hatása után a próbatestet visszahelyeztük az 500 ’C hőmérsékletű kemencébe. Ezt a ciklust összesen hatszor ismételtük meg, de a fémes és a kerámia mátrix egymástól semmiféle módon nem vált el. Egyéb meghibásodás szintén nem volt észlelhető.

3. PÉLDA

Többszörösen összetett testet kívántunk előállítani, amelyben kerámia mátrixú összetett szerkezetű kerámia testet kapcsoltunk össze rozsdamentes acélból készült kiegészítő testtel, amihez összetett szerkezetű alumínium mátrixú kerámia testet, mint közbenső réteget készítettünk.

Nagyjából 25,4 mm átmérőjű és mintegy 6,4 mm magas hengeres alakú összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testet helyeztünk el 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) álló réteg felszínére, ahol a réteget mintegy 38,1 mm belső átmérőjű és hozzávetőlegesen 57,2 mm magasságú 32 impermeábilis falú tartály belsejében alakítottuk ki. Az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test alapanyaga alumínium-trioxid volt, amelyet szilícium-karbid töltőanyaggal készítettünk el, mégpedig a 2. példa kapcsán ismertetett eljárással. Az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felső szintjéből kiindulóan mintegy 0,76 mm mély és mintegy 0,89 mm széles vályúkat alakítottunk ki, mégpedig a 4. ábrán bemutatott elrendezésben. A vályúk mintegy 8°-kai tértek el a hengeres kerámia test függőleges tengelyével párhuzamos vonaltól. A 32 impermeábilis falú tar• · • ·· ·· ······ · • · ·· · · * ♦ ·

- 68 tályt 1,6 mm körüli vastagságú AISI 304 jelű rozsdamentes acél lemezből készítettük, mégpedig mintegy 38,1 mm belső átmérőjű csövet hegesztéssel mintegy 44,5 mm hosszúságú és ugyancsak mintegy 44,5 mm szélességű lemezzel egyesítettük. A hengeres alakú összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felületét írógéppapír egy darabkájával vettük körül, ezzel a test külső átmérőjével meghatározott befogadó teret alakítottunk ki, mivel az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felszínétől a papír mintegy 12,7 mm magasságig állt ki. Ebbe az ömlesztett anyag befogadására alkalmas térbe 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium—karbidot juttattunk, ezzel a szilícium-karbiddal, mint töltőanyaggal a vályúkat kitöltöttük. Ezt követően az ömlesztett anyag befogadására alkalmas teret ugyancsak 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbiddal töltöttük fel mindaddig, amíg az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felső szintje felett mintegy 1,6 mm vastag réteg ki nem alakult. Az így létrehozott töltőanyagréteg felső szintjére rozsdamentes acélból készült lyukasztott lemezt helyeztünk, amely nagyjából 25,4 mm átmérőjű és mintegy 0,76 mm vastag kör alakú lemez volt. A lemez felületének mintegy 2/5-öd részét a lyukak foglalták el, amelyek mindegyike nagyjából

1,6 mm átmérőjű volt. A lyukasztott lemez elhelyezését követően felületét újból a töltőanyaggal, vagyis a 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbiddal szórtuk be, amivel a rozsdamentes acélból készült lemez lyukait feltöltöttük és mintegy

1,6 mm vastag réteget alakítottunk ki. Ez a rozsdamentes acélból készült lemez teljes felületét beborította. Ezután a már részben kitöltött kör alakú teret meghatározó papír külső felü- lete és a rozsdamentes acélból készült 32 impermeábilis falú tartály belső felülete közé megfelelő mennyiségben 0,017 mm átlagos szemcsézettségű port juttattunk, mégpedig olyan mennyiségben, hogy ezzel a papírral körbevett magasságig a belső teret kitöltsük. A 32 impermeábilis falú tartály belső terébe ezután olvadék formában 33 mátrixképző fémet juttattunk, amely mintegy 2,5 - 3,5 tömeg% cinket, mintegy 3,0 - 4,0 tömeg% rezet, mintegy 7,5 — 9,5 tömeg% szilíciumot, mintegy 0,8 — 1,5 tömeg% vasat, mintegy 0,20 — 0,30 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,50 tömeg% mangánt, továbbá legfeljebb 0,35 tömeg% ónt és legfeljebb 0,50 tömeg% nikkelt tartalmazó alumíniumötvözet volt. Ezt a szobahőmérsékleten tartott 32 impermeábilis falú tartályba tettük, ezzel a szilícium-karbid töltőanyagot és a 0,017 mm átlagos szemcsézettségű fedő réteget beborítottuk. A 33 mátrixképző fém hőmérséklete mintegy 900 °C volt, beöntését követően felületére 34 lezárást létrehozó anyagot szórtunk, mégpedig porított bór-trioxidot (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amivel a megolvasztott 33 mátrixképző fém felületét beborítottuk. Az így létrejött elrendezést a 32 impermeábilis falú tartálynál fogva nagyjából 900 °C hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Ezen a hőmérsékleten mintegy tizenöt perc alatt a porított bór—trioxid megolvadt, belőle üvegszerű lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérséklet hatására a bór-trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás volt kialakítható. Az elrendezést további mintegy 1,5 órán keresztül tartottuk a 900 °C hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az • ·· ·· ···«·· » ·· ♦· ·· · ··

- 70 elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó, rozsdamentes acélból álló 36 alaplapnál fogva hűtőlapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdítottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezésből a létrejött többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük. Ennek keresztmetszetét a 6. ábra mutatja, ahol jól látható, hogy 76 lyukasztott rozsdamentes acéllemezzel 78 átmeneti réteg révén összekapcsolt 74 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testet tartalmazó többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú 72 kerámia testet nyertünk, amelyben a 78 átmeneti réteg összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként keletkezett, és ez utóbbi a 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid töltőanyagot szerkezetében tartalmazta. A jelen példa szerint előállított többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test 78 átmeneti rétege a 76 lyukasztott rozsdamentes acéllemez nyílásain keresztül is kifejlődött, így az eljárás során létrejött összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test a 78 átmeneti rétegen kívül 80 összetett szerkezetű részt is tartalmazott, amely a 76 lyukasztott rozsdamentes acéllemez fölött alakult ki.

4. PÉLDA

Azt kívántuk bizonyítani, hogy a találmány szerinti eljárás alkalmas olyan többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítására, ahol összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test alumínium alapú kerámia testtel kap• · • · · 4 · ·» « »· · ·. · · · · • · · · 4 ······* • 4 4 · · * 4»·

- 71 csolódik és benne a mátrixképző fém alapanyag egy része is jelen van.

Először a 2. példában bemutatott, más szabadalmi bejelentésből ismertté vált eljárással hengeres alapú összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testet készítettünk, amelynek töltőanyaga szilícium-karbid, fém alapanyaga alumínium és '•x így mátrixképző anyaga alumínium-trioxid volt. Ezt a testet i

0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) kialakított réteg felszínére helyeztük, ahol a réteg a 32 impermeábilis falú tartály belsejében volt kialakítva. Maga a 32 impermeábilis falú tartály ez esetben ugyancsak mintegy 1,6 mm vastag AISI 304 jelű rozsdamentes acél anyagú lemezből készült, mégpedig úgy, hogy az említett minőségű rozsdamentes acélból álló mintegy 54,0 mm belső átmérőjű és mintegy 76,2 mm hosszúságú csövet mintegy 63,5 mm szélességű és mintegy 63,5 mm hosszúságú lemezhez hegesztettük. A 32 impermeábilis falú tartály belső terében elhelyezkedő hengeres alakú összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test külső felülete és a tartály belső felülete közötti teret ugyancsak 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxid porral töltöttük ki. Ebbe a gyűrű alakú térbe egészen a hengeres alakú összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felső szintjének magasságáig töltöttük ezt a port. Maga a hengeres kerámia test mintegy 39,7 mm átmérőjű és nagyjából 12,7 mm magas volt. Ennek felső felületétől kiindulóan gyártásának folyamatában négy vályút hoztunk létre, mindegyiket mintegy 0,89 mm szélességgel és mintegy 0,76 mm mélységgel. Ezek a vályúk a 4. ábra szerinti elrendezésben helyezkedtek el. A hengeres alakú össze···· ·· · 4 • · · · • · · · · » • · · ·· ······ · • · ·· · · · ·

- 72 tett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test függőleges tengelyével párhuzamos vonaltól a vályúk mintegy 8“-kai tértek el. A kerámia test felső szintjét ezt követően mintegy 6,3 mm vastagságban 0,216 mm átlagos szemesézettségű szilícium-karbiddal borítottuk be, és ugyanez az anyag került töltőanyagként a 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxid felületére is. A 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidból álló 31 töltőanyag az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felső szintjén levő vályúkat ugyancsak kitöltötte. Ezt követően a 32 impermeábilis falú tartályba, amelyet szobahőmérsékleten tartottunk, 33 mátrixképző fém alapanyagként olyan alumíniumötvözetet juttattunk, amely mintegy 2,5 - 3,5 tömeg% cinket, mintegy 3,0 — 4,0 tömeg% rezet, mintegy 7,5 — 9,5 tömeg% szilíciumot, mintegy 0,8 — 1,5 tömeg% vasat, mintegy 0,20 - 0,30 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,50 tömeg% mangánt, továbbá legfeljebb 0,35 tömeg% ónt, valamint legfeljebb 0,50 tömeg% nikkelt tartalmazott. Ezt mintegy 850 °C hőmérsékleten előzőleg megolvasztottuk, majd olyan mennyiségben juttattuk a rendszerbe, hogy ezzel a szilícium-karbidból álló töltőanyagot és az ágyazatot beborítsuk. A 33 mátrixképző fémolvadékának felületére ezután 34 lezárást biztosító anyagot juttattunk, mégpedig porított bór—trioxidot (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amelyet szórással vittünk fel a fém felszínére. Az így összeállított elrendezést előzetesen 850 °C hőmérsékletre hevített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe raktuk, ahol az első időszakban, mintegy tizenöt perc alatt a bór-trioxid porból álló réteg megolvadt, belőle üvegszerű lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérsék- 73 let hatására a bór-trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás volt kialakítható. Az elrendezést további mintegy három órán keresztül tartottuk a 850 °C hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó rozsdamentes acél 36 alaplapnál fogva hűtőlapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdítottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezésből a létrejött többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük. Ennek függőleges keresztmetszetét a 7. ábra mutatja, ahol jól látható, hogy 86 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test 84 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testtel kapcsolódott, amelyhez a 33 mátrixképző fémből visszamaradt 88 test csatlakozott és így 82 többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test keletkezett, amelyben a 86 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test a 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid töltőanyagot szerkezetében tartalmazta. A 33 mátrixképző fém maradványát ezt követően a 8. ábrán bemutatott többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test felületéről eltávolítottuk és így a 8. ábrán látható testet kaptuk, amelynek összetevőit a 7. ábra alapján azonosítani lehet.

A 7. és 8. ábra szerint a 86 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test mechanikai kapcsolatban áll a 84 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testtel, ahol az előbbi a négy vályú terét szintén kitöltötte. A 7. ábrán a keresztmetszet mutatja azt, hogy 90 kitöltött vályúk vannak a szerkezet«*·« • ·····«·♦· « *9 *9 «»»»♦· · •9 9 9 »9 · ··

- 74 ben, ezek közül az ábra hármat mutat be, maguk a vályúk a 8. ábra fényképén is láthatók. A példa megvalósításának ismertetésekor korábban említettük, hogy a 90 kitöltött vályúk kis mértékben eltérnek a kiindulási összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test hengeres alakját meghatározó függőleges tengelytől. Amikor a fémes mátrixot alkotó anyagok a vályúkon belül megszilárdulnak a 86 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test és a 84 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test között mechanikai kapcsolat jön létre. Ez azzal az előnynyel jár, hogy az anyagok közötti további kapcsolatok (például kémiai kötés) tovább erősödik és így a kétféle kerámia test nagy szilárdsággal egyesíthető. A létrejött többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test ezért igen nagy szilárdságot és kohéziót mutat. Az is jelentős előny, hogy amikor az esetleges kémiai és/vagy fizikai kapcsolatok a 84 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test és a 86 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test között meggyengülnek, esetleg megszűnnek, a mechanikai kapcsolat még mindig együtt tartja a testeket. Ez lehetővé teszi a katasztrófához vezető meghibásodások elkerülését bizonyos, erős stresszhatásokkal járó igénybevételek esetén.

5. PÉLDA

A példa annak bemutatására szolgál, hogy olyan többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test is előállítható, amelyben összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test és alumínium alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test között erős kapcsolat alakul ki.

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

- 75 Nagyjából 76,2 mm átmérőjű és 6,4 mm magas hengeres alakú összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testet helyeztünk el 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidból (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) álló réteg felszínére, ahol a réteget mintegy 79,4 mm belső átmérőjű és mintegy 50,8 mm magasságú 32 impermeábilis falú tartály belsejében alakítottuk ki. Az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test alapanyaga alumínium-trioxid volt, amelyet alkalmas töltőanyaggal készítettünk el, mégpedig a 2. példa kapcsán ismertetett eljárással. Az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felső szintjétől kiindulóan mintegy 0,76 mm mély és mintegy 0,89 mm széles vályúkat alakítottunk ki, mégpedig a 4. ábrán bemutatott elrendezésben. A vályúk mintegy 8°-kai tértek el a hengeres kerámia test függőleges tengelyével párhuzamos vonaltól. A 32 impermeábilis falú tartályt 1,6 mm körüli vastagságú AISI 304 jelű rozsdamentes acél lemezből készítettük, mégpedig mintegy 79,4 mm belső átmérőjű és mintegy 50,8 mm hosszúságú csövet hegesztéssel mintegy 92,1 mm hosszúságú és ugyancsak mintegy 92,1 mm szélességű lemezzel egyesítettük. A hengeres alakú összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test külső felülete és a rozsdamentes acélból készült 32 impermeábilis falú tartály belső hengeres felülete által meghatározott gyűrű alakú térbe 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxid port szórtunk, és így ágyazatot hoztunk létre. A 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxid port olyan mennyiségben juttattuk a belső térbe, hogy ezzel lényegében az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felső szintjéig érő réteget alakítottunk ki. Az így létrejött alapzatra, • · . * • · · ··* ·· · · • ·· ·· ··«··· · ·· ·· ·· · ··

- 76 amely a 0,017 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxid porból állt és az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felső felületére mintegy 1,52 mm vastag rétegben 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidból álló töltőanyagot rétegeztünk. Ez a szilícium-karbid töltőanyag az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felső felületén levő vályúkat is kitöltötte. Ezután a 32 impermeábilis falú tartály belső terébe ezután olvadék formában 33 mátrixképző fémet juttattunk, amely mintegy 2,5 - 3,5 tömeg% cinket, mintegy 3,0 - 4,0 tömeg% rezet, mintegy 7,5 - 9,5 tömeg% szilíciumot, mintegy 0,8 — 1,5 tömeg% vasat, mintegy 0,20 — 0,30 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,50 tömeg% mangánt, továbbá legfeljebb 0,35 tömeg% ónt, valamint legfeljebb 0,50 tömeg% nikkelt tartalmazó alumíniumötvözet volt. Ezt a szobahőmérsékleten tartott 32 impermeábilis falú tartályba tettük, ezzel a szilícium-karbid töltőanyagot és a 0,017 mm átlagos szemcsézettségű ágyazatot beborítottuk. A 33 mátrixképző fém hőmérséklete mintegy 850 ’c volt, beöntését követően felületére 34 lezárást létrehozó anyagot szórtunk, mégpedig porított bór-trioxidot (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amivel a megolvasztott 33 mátrixképző fém felületét lefedtük. Az így létrejött elrendezést a 32 impermeábilis falú tartálynál fogva nagyjából 850 °C hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférá jú tokos kemencébe helyeztük. Ezen a hőmérsékleten mintegy tizenöt perc alatt a porított bór-trioxid megolvadt, belőle üvegszerü lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérséklet hatására a bór-trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás volt ♦ 4 · kialakítható. Az elrendezést további mintegy 2,5 órán keresztül tartottuk a 850 ’C hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó rozsdamentes acél 36 alaplapnál fogva hűtölapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdítottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezésből a létrejött többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük. Ennek függőleges keresztmetszetét a 9. ábra mutatja, ahol jól látható, hogy olyan 92 többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test alakult ki, amelyben 94 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test és 96 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test kapcsolódott egymáshoz és ez utóbbihoz a 33 mátrixképzö fém olyan 98 maradéka csatlakozott, amely a 31 töltőanyagba nem hatolt be. A 96 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test a 0,216 mm átlagos szemesézettségű szilícium-karbid töltőanyagot tartalmazta, ezt befogadó fémes mátrixát az előbb említett alumíniumötvözet alkotta. A 33 mátrixképző fém 98 maradékát csiszolással távolítottuk el a kapott test felületéről. Ezután a létrejött többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test felületén 102 vályút (10. ábra) mélyítettünk, azon a helyen, ahol feltételeztük, hogy a kerámia mátrix a fémes mátrixszal kapcsolódik. Ezt a vályút a hengeres alakú többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test teljes kerülete mentén létrehoztuk. A 10. ábrán bemutatott fénykép jobb értelmezhetőségét biztosítja, hogy abban azonos számjelekkel a 9. ábra szerinti összetevőket ugyancsak feltüntettük.

·· e

A 9. ábrából kitűnik az is, hogy a 96 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test 100 bemélyedésekbe is behatolt, amelyek a 4. ábrán bemutatott vályúknak felelnek meg, így mechanikai kapcsolat szintén kialakult.

6. PÉLDA

Többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kívántunk előállítani több összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test és alumínium alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia összekötő rétegek kialakításával, ahol vékony rétegben a mátrixképző fém alapanyag is megjelenik.

A 11. ábrán bemutatott módon olyan 104 elrendezést állítottunk össze, amellyel a jelen példa szerinti többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítható. A 104 elrendezést öt 108 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felhasználásával hoztuk létre, ahol a kerámia testek 106 felületeire vékony rétegben szerves ragasztót (a Borden Co. Elmer's Wood Glue márkanevű terméke) vittünk fel és a 108 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testeket az evvel bevont 106 felületeikkel egymáshoz illesztettük. A 108 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testeket a 2. példa kapcsán ismertetett eljárással előzetesen állítottuk elő, bennük legalább egy töltőanyagot alumínium oxidálásával képzett alumínium-trioxid mátrix fogadott be. A 108 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testek téglatest alakúak voltak, egyik felületükön 110 bevágásokkal. A 110 bevágások közül néhány a 11. ábrán bemutatott A-A, illetve B-B vonalhoz képest 8° szög alatt meghajlott falakkal volt kialakítva. A szerves ra···» ·< ·· ff ·· * « · · · · · * ·« «·<···« • ·· ·· »«·<·· · «· ·« ·· · · · , - 79 gasztó megszáradása után az így létrejött mintegy 101 mm hosszú és mintegy 44,5 mm széles együttest 0,216 mm átlagos szemcsézettségű, szilícium-karbidból álló 31 töltőanyag ágyazatára helyeztük, amely ágyazatot mintegy 127 mm átmérőjű és nagyjából 63,5 mm magas 32 impermeábilis falú tartály belsejében hoztuk t létre. A 32 impermeábilis falú tartályt 1,6 mm körüli vastagsá- gú AISI 304 jelű rozsdamentes acélból álló lemezből készítettük el, mégpedig úgy, hogy mintegy 127 mm belső átmérőjű és nagyjából 63,5 mm hosszúságú rozsdamentes acélból álló csövet 152 mm körüli szélességű és hasonló hosszúságú ugyancsak 1,6 mm vastag rozsdamentes acél lemezzel hegesztettünk össze. A 32 impermeábilis falú tartály belsejébe is 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidból álló töltőanyagot juttattunk, mégpedig annyit, hogy ezzel a 108 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testeket teljes mértékben lefedjük. A töltőanyag végülis mintegy 3,2 mm vastag rétegben fedte a 108 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testekből létrehozott összeállítás

112 felső szintjét. A 110 bevágásokat szintén ezzel a töltőanyaggal, tehát a 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium—karbiddal töltöttük ki. Ezután a 32 impermeábilis falú tartály belső terébe ezután olvadék formában 33 mátrixképző fémet juttattunk, amely mintegy 2,5 - 3,5 tömeg% cinket, mintegy 3,0 — 4,0 tömeg% rezet, mintegy 7,5 — 9,5 tömeg% szilíciumot, mintegy 0,8 - 1,5 tömeg% vasat, mintegy 0,20 - 0,30 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,50 tömeg% mangánt, továbbá legfeljebb 0,35 tömeg% ónt, valamint legfeljebb 0,50 tömeg% nikkelt tartalmazó alumíniumötvözet volt. Az olvadékot a szobahőmérsékleten tartott 32 impermeábilis falú tartályba öntöttük, ezzel a ··*· ·· ·* · ·* • · · · · · · • ·· ··· · · · 4 • ·· ·· ···<·♦ · «« ·« «« * · ♦

- 80 0,216 mm átlagos szemesézettségű szilícium-karbid töltőanyagot beborítottuk. A 33 mátrixképző fém hőmérséklete mintegy 850 ’c volt, beöntését követően felületére 34 lezárást létrehozó anyagot szórtunk, mégpedig porított bór-trioxidot (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amivel a megolvasztott mátrixképző fém felületét gyakorlatilag teljes mértékben lefedtük. Az így létrejött elrendezést a 32 impermeábilis falú tartálynál fogva nagyjából 850 °C hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Ezen a hőmérsékleten mintegy tizenöt perc alatt a porított bórtrioxid megolvadt, belőle üvegszerű lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérséklet hatására a bór-trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis lezárás volt kialakítható. Az elrendezést további mintegy 3,5 órán keresztül tartottuk a 850 ’c hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó rozsdamentes acél 36 alaplapnál fogva hűtőlapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdítottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezésből a létrejött többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük. Ez a 108 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testeket teljes mértékben a létrejött fém mátrixú szerkezetben tartalmazta, ez utóbbinak a töltőanyaga pedig az alumíniumból, mint 33 mátrixképző fémből kialakult mátrixba beágyazódott 0,216 mm átlagos szemcsézettségű töltőanyag volt. A kapott együttes külső felületeiről, azaz a 108 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerá- ···· ·· ·· · *· • · 4 · · *· • ·· ··· · · · · • · · V « · ···· ··

9« V» ·· ··<

mia testek által meghatározott felületekről a fémet és az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia anyagot lecsiszoltuk és így a 12. ábrán bemutatott 114 kerámia testet nyertük. Ez végülis a 108 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testekből és az ezeket összekötő 116 átmeneti rétegekből állt, ahol az utóbbi összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként alakult ki. Ez a szomszédos 108 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testek közötti tér legalább egy részét kitöltötte. A rendszerben olyan 118 közbenső rétegek is létrejöttek, amelyek szintén összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként alakultak ki, mégpedig az eredetileg felvitt szerves ragasztó helyén, amelyet a 33 mátrixképző fém szintén átjárt, így tehát a 114 kerámia test olyan 108 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testekből állt, amelyeket 116 átmeneti rétegek kötöttek össze, míg néhány helyen a 116 átmeneti réteg és a 108 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testek közötti teret részben a 118 közbenső réteg töltötte ki. A 116 átmeneti és a 118 közbenső rétegek fémes mátrixú összetett kerámia szerkezeteket alkottak.

A 12. ábrán jól látható, hogy a fémes mátrix alapú kerámia jellegű összetett szerkezet 120 bordákat belső terében tartalmazott, amelyek a 110 bevágásoknak felelnek meg. A jelen példa szerint létrehozott többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test fémes mátrixa vízszintesen elrendezett bordákkal volt kialakítva, amelyek a 114 kerámia test mindkét végén megfigyelhetők voltak. Ha ezeket a vízszintes bordákat függőleges bordákkal kombináljuk, amelyeket más összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testeken hozunk létre, olyan ·· 2

- 82 ···· «V « ·4 • ··

V · ·· • e·· ·· · •· • 4 összetett szerkezet alakítható ki, amelyben kétdimenziós mechanikai bordarendszer jön létre.

7. PÉLDA

Ezzel a példával azt kívántuk bemutatni, hogy a találmány szerinti eljárással alumíniumból mint mátrixképző fémből kiindulva olyan többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test hozható létre, amelyben alumínium alapú fémes mátrix és kerámia anyagú mátrix kapcsolódik rozsdamentes acélból készült idomtesthez. Ez utóbbi lyukasztott rozsdamentes acél lemezből és hozzá hegesztett, csavarmenettel ellátott rúdból állt.

Hengeres alakú összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testet helyeztünk el 32 impermeábilis falú tartály belsejében. Ezt a tartályt mintegy 1,6 mm vastagságú AISI 304 jelű rozsdamentes acélból álló lemezből készítettük el, mégpedig úgy, hogy ilyen lemezből kialakított mintegy 54,0 mm belső átmérőjű és nagyjából 76,2 mm hosszú csőhöz mintegy 63,5 mm széles és mintegy 63,5 mm hosszú lapot hegesztettünk. A hengeres alakú alumínium-trioxidból készült összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test külső átmérője gyakorlatilag azonos volt a 32 impermeábilis falú tartály belső átmérőjével. Ezen kívül az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felső szintjéből kiindulva mintegy 0,76 mm mély és mintegy 0,89 mm széles vályúkat alakítottunk ki, mégpedig a 4. ábrán bemutatott elrendezésben. A vályúk mintegy 8°-kai tértek el a hengeres kerámia test függőleges tengelyével párhuzamos vonaltól. A hengeres alakú összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felszí• · · · • ·· ········ · ...... · * ·

- 83 nére töltőanyagként 0,017 mm átlagos szemcsézettségű szilíciumkarbid port szórtunk, ezzel a vályúkat kitöltöttük és az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felszínén vékony fedőréteget létesítettünk. Ezután a szilícium-karbidból álló töltőanyag felületére rozsdamentes acélból készült idomtestet helyeztünk, amely lyukasztott lemezből és ehhez hegesztett, csavarmenettel ellátott rúdból állt. Az idomtestet a lyukasztott lemez egyik oldalán keresztül illesztettük a töltőanyag felületéhez. Ennek megfelelően a töltőanyag a rozsdamentes acélból készült lemez sík felületével érintkezett, míg a másik felületből az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia testtől távolodóan csavarmenettel ellátott rúd állt ki. A lyukasztott rozsdamentes acél kör alakú lemezt alkotott, átmérője mintegy 44,5 mm volt, vastagsága pedig mintegy 0,76 mm. A lyukasztott lemez felületének mintegy 40 %-át a lyukak alkották, ezek mindegyike nagyjából 1,6 mm átmérőjű volt. Ezt követően az idomtest szabadon maradt felső felületére mintegy 0,32 mm vastag rétegben 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid töltőanyagot rétegeztünk. Ez a szilícium-karbid töltőanyag az összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test felső felületén levő idomtest szabad felszínét beborította, illetve a lyukasztott lemez nyílásait kitöltve kapcsolatba került az idomtest alatt korábban elrendezett szilícium-karbid töltőanyaggal. Ez a töltőanyag tehát a csavarmenettel kialakított rozsdamentes acél rúd hegesztési tartományát szintén körbevette. A 32 impermeábilis falú tartály belső terébe ezután olvadék formában 33 mátrixképző fémet juttattunk, amely mintegy 2,5 - 3,5 tömeg% cinket, mintegy 3,0 - 4,0 tömeg% rezet, mintegy 7,5 — 9,5 tö84 meg% szilíciumot, mintegy 0,8 — 1,5 tömeg% vasat, mintegy 0,20 - 0,30 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,50 tömeg% mangánt, továbbá legfeljebb 0,35 tömeg% ónt, valamint legfeljebb 0,50 tömeg% nikkelt tartalmazó alumíniumötvözet volt. Ezt a szobahőmérsékleten tartott 32 impermeábilis falú tartályba tettük, ezzel a szilícium-karbid töltőanyagot és a 0,017 mm átlagos szemesézettségű ágyazatot beborítottuk. A 33 mátrixképző fém hőmérséklete mintegy 800 “c volt, beöntését követően felületére 34 lezárást létrehozó anyagot szórtunk, mégpedig porított bór-trioxidot (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amivel a megolvasztott 33 mátrixképző fém felületét lényegében teljesen lefedtük. Az így létrejött elrendezést a 32 impermeábilis falú tartálynál fogva nagyjából 800 °C hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Ezen a hőmérsékleten mintegy tizenöt perc alatt a porított bór-trioxid megolvadt, belőle üvegszerű lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérséklet hatására a bór-trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás volt kialakítható. Az elrendezést további mintegy két órán keresztül tartottuk a 800 ’c hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó rozsdamentes acél 36 alaplapnál fogva hütőlapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdítottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezésből a létrejött többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük. Ennek függőleges keresztmetszetét a 13. ábra mutatja, ahol jól látható, hogy olyan 122 többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test alakult ki, amelyben 124 összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia test és az idomtest, tehát rozsdamentes acélból készült 126 lemez és 128 csavarmenetes rúdja kapcsolódott egymáshoz, a kapcsolatot olyan 130 átmeneti réteg hozta létre, amely összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként jött létre. Ez utóbbi a 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid töltőanyagot tartalmazta, ezt befogadó fémes mátrixát az előbb említett alumíniumötvözet alkotta. Az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test teljes mértéken körbevette a rozsdamentes acélból készült lyukasztott lemezt, kitöltötte a lyukasztásokat és így a lemez két oldalán kialakult fémes mátrix egységes szerkezetet hozott létre, amely beágyazódva tartalmazta a lemezt.

A 14. ábra a végtermékként kapott többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test fényképét mutatja, ahol a test felületéről a 33 mátrixképző fém maradékát csiszolással távolítottuk el. A 14. ábrán a 13. ábrán vázlatosan bemutatott alkotóelemeket ugyanazokkal a számokkal jelöltük. A 14. ábra szerint a 33 mátrixképző fém maradékából 134 gallért hagytunk a 128 csavarmenetes rúd és a 126 lemez találkozási pontjánál. A

14. ábrán a lyukasztásos 126 lemez nem látható, mivel azt az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként létrehozott 130 átmeneti réteg teljes mértékben körbefogta.

A 14. ábrán ezen túlmenően jól látható az a mechanikai kapcsolat, amit a fém alapú mátrixszal kitöltött vályúknak megfelelően 136 bevágások biztosítanak.

8. PÉLDA

A jelen példa olyan többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítását mutatja be, amely koncentrikusan elhelyezett két csövet tartalmaz, amelyek rozsdamentes acélból készültek és összekapcsolásukat alumínium alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként létrehozott közbenső réteg biztosítja, amely a belső cső külső felülete és a külső cső belső felülete közötti teret tölti ki.

Elsőnek mintegy 1,6 mm vastag rozsdamentes acél lemezből (anyaga AISI 304 jelű) készítettünk olyan elrendezést, amely mintegy 39,7 mm belső átmérőjű és 120,7 mm körüli hosszúságú csőszerű részből, valamint ehhez hegesztéssel erősített 63,5 mm körüli hosszúságú és ugyancsak mintegy 63,5 mm körüli szélességű lemezből, mint alaplapból állt. A második hasonló elrendezés szintén AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készült, itt is

1,6 mm vastag lemezt használtunk, mégpedig 54,0 mm körüli belső átmérőjű és mintegy 158,8 mm hosszúságú csövet vágtunk le, ezt az első elrendezés alaplapján annak cső alakú részével koncentrikusan helyeztük el, majd ezt az alaplaphoz hegesztettük és így az 1,6 mm körüli vastagságú rozsdamentes acélból 63,5 mm körüli szélességű és ugyancsak 63,5 mm körüli hosszúságú alaplappal ellátott impermeábilis falú tartályt alakítottunk ki. A belső csövet 0,017 mm átlagos szemesézettségü alumínium-trioxid porral (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) töltöttük fel egészen a belső cső felső széléig. A belső cső felső szélét ezután hermetikusan lezártuk, mégpedig kalcium-aluminát keverékkel, amelyet víz és Secar 71 jelű cement összekeverésével nyer87 ···· · 4 ύ» · · • · · · · · « _s« · · · ·· “ • ·· ·· ······ tünk. Ezt a hermetikus lezárást a belső cső felső felülete mentén alakítottuk ki. A belső cső külső felülete és a külső cső belső felülete közötti térbe ezután 2,100 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidot töltöttünk. A gyűrű alakú tér ily módon történő kitöltése után a 2,100 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid masszájának felületére 0,47 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidot helyeztünk és ultrahangos rezgés (vibráció) hatásával ezt a nagyobb szemcsézettségű szilícium—karbidba vittük be. Az ultrahangos vibrációs lépés után a belső cső külső felülete és a külső cső belső felülete közötti gyűrű alakú teret a töltőanyagot alkotó, a 2,100 mm és 0,47 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid frakciók keveréke úgy töltötte ki, hogy ezzel lényegében a belső cső hermetikusan lezárt szintjéig érő massza alakult ki. A külső cső belső felülete által meghatározott térbe, amelyet szobahőmérsékleten tartottunk, ezt követően 6061 jelű kereskedelmi forgalomban hozzáférhető alumíniumötvözet olvadékát öntöttük és ezzel az olvadékkal a szilícium-karbidból álló töltőanyagot a 33 mátrixképző fémmel befedtük. Ez a fém a belső cső hermetikusan lezárt felső felszínét is borította. A 33 mátrixképző fém olvadékának hőmérséklete mintegy 900 ’c volt, beöntését követően felületére 34 lezárást létrehozó anyagot szórtunk, mégpedig porított bór-trioxidot (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amivel a megolvasztott 33 mátrixképző fém felületét beborítottuk. Az így létrejött elrendezést a 32 impermeábilis falú tartálynál fogva nagyjából 900 ’c hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Ezen a hőmérsékleten mintegy tizenöt perc alatt a porított bór• · · ·

-trioxid megolvadt, belőle üvegszerű lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérséklet hatására a bór-trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás volt kialakítható. Az elrendezést további mintegy két órán keresztül tartottuk a 900 °C hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó rozsdamentes acél 36 alaplapnál fogva hűtőlapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdítottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezésről a rozsdamentes acélból álló alaplapot levágtuk és a kapott többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük. A rozsdamentes acélból készült külső cső felső végét is kis mértékben levágtuk, hogy ezzel a belső cső hermetikusan lezárt végénél alacsonyabb szintű lépcsőt alakítsunk ki. A kapott végtermék hengeres alakú volt, benne az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test fogta össze a koncentrikusan elhelyezkedő rozsdamentes acél csöveket. A fémes mátrix a 2,100 mm és a 0,47 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid frakciókat fogadta be, magát a mátrixot az előbb meghatározott alumíniumötvözet alkotta. A jelen példa szerint elkészített hengeres alapú többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test vízszintes keresztmetszetét a 15. ábra mutatja be, amelyen rozsdamentes acélból készült 138 külső cső, ugyancsak rozsdamentes acélból készült 140 belső cső és ezeket összefogó 140 közbenső réteg látható, ahol az utóbbi összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként jött létre.

• · · ·

9. PÉLDA

Azt kívántuk bizonyítani, hogy alumínium alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test a találmány szerinti eljárással előállított többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testben fém testtel jól egyesíthető.

Először AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készült

1,6 mm körüli vastagságú lemezből 32 impermeábilis falú tartályt készítettünk úgy, hogy az említett lemezből létrehozott 54,0 mm körüli belső átmérőjű és mintegy 76,2 mm hosszúságú csőhöz mintegy 63,5 mm szélességű és mintegy 63,5 mm hosszúságú, ugyancsak az említett rozsdamentes acélból álló lemezt hegesztettünk. Az így kapott 32 impermeábilis falú tartály fenekére mintegy 0,64 mm vastagságban 0,086 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid port rétegeztünk. Az így létrehozott réteg felületére mintegy 19 mm átmérőjű és mintegy 25,4 mm magasságú, kereskedelmi forgalomban hozzáférhető 6061 jelű alumíniumötvözetből készült hengeres öntecset helyeztünk, mégpedig a henger egyik síklapját illesztve a szilícium-karbid szemcsék rétegéhez. Ezután a 32 impermeábilis falú tartály belső terében az említett szilícium—karbidból további mintegy 12,7 mm vastag réteget alakítottunk ki és így a porított szilícium-karbid az öntecset nagyjából magasságának feléig vette körbe. Ezután a 32 impermeábilis falú tartály belső terébe olvadék formában 33 mátrixképző fémet juttattunk, amely mintegy 2,5 - 3,5 tömeg% cinket, mintegy 3,0 - 4,0 tömeg% rezet, mintegy 7,5 - 9,5 tömeg% szilíciumot, mintegy 0,8 — 1,5 tömeg% vasat, mintegy 0,20 — 0,30 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,50 tömeg% mangánt, • · · · · · · « ··♦♦♦**· * • · · · ······ · továbbá legfeljebb 0,35 tömeg% ónt, valamint legfeljebb 0,50 tömeg% nikkelt tartalmazó alumíniumötvözet volt. Ezt a szobahőmérsékleten tartott 32 impermeábilis falú tartályba tettük, ezzel a szilícium-karbid töltőanyagot beborítottuk, a fémmel a 6061 jelű alumíniumötvözetből álló öntecset is befedtük. A 33 mátrixképző fém hőmérséklete mintegy 800 “c volt, beöntését követően felületére 34 lezárást létrehozó anyagot szórtunk, mégpedig porított bőr—trioxidot (az Aesar Co. , Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amivel a megolvasztott 33 mátrixképző fém felületét beszórtuk. Az így létrejött elrendezést a 32 impermeábilis falú tartálynál fogva nagyjából 800 ’c hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Ezen a hőmérsékleten mintegy tizenöt perc alatt a porított bór-trioxid megolvadt, belőle üvegszerü lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérséklet hatására a bór-trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás volt kialakítható. Az elrendezést további mintegy 3,5 órán keresztül tartottuk a 800 ’c hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó rozsdamentes acél 36 alaplapnál fogva hűtőlapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdítottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezésből a létrejött többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük. Ennek függőleges keresztmetszetét a 16. ábra mutatja, ahol jól látható, hogy olyan 144 többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test alakult ki, amelyben

alumíniumból álló 146 kiegészítő test csatlakozott 148 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testtel. Ez utóbbi a 0,086 mm átlagos szemcsézettségű szilícium—karbid töltőanyagot tartalmazta, ezt befogadó fémes mátrixát az előbb említett alumíniumötvözet alkotta.

A 17. ábra a jelen példa szerint elkészített többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test vízszintes keresztmetszetének fényképét mutatja be. A keresztmetszetet olyan szinten történő átvágással nyertük, amelyet kis mértékben az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test felső szintje alatt választottunk. A 17. ábra fényképének tanúsága szerint olyan 148 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test alakult ki, amely 146 alumínium fémhez kapcsolódott.

10. PÉLDA

Azt kívántuk bemuttni, hogy alumínium alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test és fémből készült kiegészítő test együttese alapján a találmány szerinti eljárás alkalmas többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítására .

Először 32 impermeábilis falú tartályt készítettünk AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készült 1,6 mm körüli vastagságú lemezből, mégpedig úgy, hogy az említett lemezből létrehozott 39,7 mm körüli belső átmérőjű és mintegy 120,7 mm hosszúságú csőhöz nagyjából 63,5 mm szélességű és mintegy 63,5 mm hosszúságú, ugyancsak az említett rozsdamentes acélból álló lemezt hegesztettünk. Az így kapott mintegy 39,7 mm belső átmérőjű és mintegy 120,7 mm hosszúságú 32 impermeábilis falú tartály fene-

kén 6061 jelű, kereskedelmi forgalomban beszerezhető alumíniumötvözetből készült mintegy 25,4 mm átmérőjű és mintegy 76,2 mm hosszúságú rúd alakú öntecset helyeztünk el úgy, hogy az öntecs egyik véglapjával nyugodott a 32 impermeábilis falú tartály fenekén. Itt a rúd végén kör alakú peremet hoztunk létre, amelynek átmérője (39,7 mm) lényegében megfelelt a 32 impermeábilis falú tartály hengeres részét jellemző belső átmérőnek. Ez a perem mintegy 6,5 mm magas volt. A korongszerű perem felett a rúd és a 32 impermeábilis falú tartály belső felülete között maradt gyűrű alakú teret 1,035 mm átlagos szemcsézettségű szilíciumkarbiddal töltöttük ki, mégpedig lényegében az alumínium rúd felső végéig. Ezután a 32 impermeábilis falú tartály belső terébe olvadék formában 33 mátrixképző fémet juttattunk, amely mintegy 2,5 - 3,5 tömeg% cinket, mintegy 3,0 — 4,0 tömeg% rezet, mintegy 7,5 - 9,5 tömeg% szilíciumot, mintegy 0,8 — 1,5 tömeg% vasat, mintegy 0,20 — 0,30 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,50 tömeg% mangánt, továbbá legfeljebb 0,35 tömeg% ónt, valamint legfeljebb 0,50 tömeg% nikkelt tartalmazó alumíniumötvözet volt. Ezt a szobahőmérsékleten tartott 32 impermeábilis falú tartályba tettük, ezzel a szilícium-karbid töltőanyagot beborítottuk, a fémmel a 6061 jelű alumíniumötvözetből álló rúd felső lapját is befedtük. A 33 mátrixképző fém hőmérséklete mintegy 900 °C volt, beöntését követően felületére 34 lezárást létrehozó anyagot szórtunk, mégpedig porított bór-trioxidot (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amivel a megolvasztott 33 mátrixképző fém felületét beszórtuk. Az így létrejött elrendezést a 32 impermeábilis falú tartálynál fogva nagyjából 900 °C hőmérsékletre előmelegített ellenállás.· * · · · · · · · · · • · · · · · · ······«·** • ·· · · ······ · • · ·· ·· · **

- 93 fűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Ezen a hőmérsékleten mintegy tizenöt perc alatt a porított bór—trioxid megolvadt, belőle üvegszerű lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérséklet hatására a bór-trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás volt kialakítható. Az elrendezést további mintegy két órán keresztül tartottuk a 900 °C hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó rozsdamentes acél 36 alaplapnál fogva hűtőlapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdítottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezésből a létrejött többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet a 32 impermeábilis falú tartálynak a korongszerü perem szintje feletti átvágásával kinyertük. Az elrendezésben a felső részt is levágtuk, valamivel az alumínium rúd felső vége alatti szinten. A rozsdamentes acélból álló hengert, tehát a tartály maradványát eltávolítottuk és így kaptuk azt a többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet, amelyben az említett alumíniumötvözetből álló rúd az 1,035 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidból álló töltőanyagot fémes mátrixában tartalmazó összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test hengeres alakzatának középső részét foglalhatta el. A fémes mátrixot az előbb említett alumíniumötvözet alkotta.

A 18. ábra a jelen példa szerint elkészített többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test vízszintes keresztmetszetének fényképét mutatja be. A 18. ábra fényképének

·· tanúsága szerint az eljárás eredményeként olyan 150 többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test alakult ki, amelyben 152 alumínium rúd hengeres alakú 154 héjat tartalmazott, és ez utóbbi összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként alakult ki.

11. PÉLDA

Ez a példa olyan többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test előállítására ad útmutatást, amelyben rozsdamentes acélból készült két koncentrikus csövet bronz alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként létrehozott átmeneti réteg köt össze.

Elsőnek mintegy 1,6 mm vastag rozsdamentes acél lemezből (anyaga AISI 304 jelű) készítettünk olyan elrendezést, amely mintegy 39,7 mm belső átmérőjű és 120,7 mm körüli hosszúságú csőszerű részből, valamint ehhez hegesztéssel erősített 63,5 mm körüli hosszúságú és ugyancsak mintegy 63,5 mm körüli szélességű lemezből, mint alaplapból állt. A második hasonló elrendezés szintén AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készült, ennél az elrendezésnél szintén 1,6 mm vastag lemezt használtunk, mégpedig 54,0 mm körüli belső átmérőjű és mintegy 165,1 mm hosszúságú csövet vágtunk le, ezt az első elrendezés alaplapján annak cső alakú részével koncentrikusan helyeztük el, majd ezt az alaplaphoz hegesztettük és így az 1,6 mm körüli vastagságú rozsdamentes acélból mintegy 63,5 mm körüli szélességű és ugyancsak mintegy 63,5 mm körüli hosszúságú alaplappal ellátott impermeábilis falú tartályt alakítottunk ki. A belső cső átmérőjével azonos átmérőjű, ugyancsak rozsdamentes acélból készült

- 95 kör alakú lemezt hegesztettünk a belső cső felső részéhez, hogy ezzel azt felülről hermetikusan lezárjuk. A belső cső külső felülete és a külső cső belső felülete közötti gyűrű alakú térbe ezután 0,216 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidot (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) töltöttünk. Ez az anyag a teret lényegében a belső cső lezárt felső szintjéig töltötte ki. A külső cső belső felülete által meghatározott térbe, amelyet szobahőmérsékleten tartottunk, ezt követően 33 mátrixképző fémként bronzötvözetet töltöttünk, amely mintegy 90 tömeg% rézből, mintegy 5 tömeg% szilíciumból, mintegy 2 tömeg% vasból és hozzávetőlegesen 3 tömeg% cinkből állt. Ez a fém a belső cső hermetikusan lezárt felső felszínét és az alumínium-trioxid töltőanyag felső szintjét borította. A 33 mátrixképző fém olvadékának hőmérséklete mintegy 1100 °C volt, beöntését követően felületére 34 lezárást létrehozó anyagot szórtunk, mégpedig porított bór-trioxidot (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amivel a megolvasztott 33 mátrixképző fém felületét beborítottuk. Az így létrejött elrendezést a 32 impermeábilis falú tartálynál fogva nagyjából 1100 ’C hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Ezen a hőmérsékleten mintegy tizenöt perc alatt a porított bór-trioxid megolvadt, belőle üvegszerű lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérséklet hatására a bór-trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás volt kialakítható. Az elrendezést további mintegy négy órán keresztül tartottuk a 1100 ’c hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét

- 96 meghatározó rozsdamentes acél 36 alaplapnál fogva hütőlapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdítottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezésről a rozsdamentes acélból álló alaplapot levágtuk és a kapott többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük. Egyúttal a belső csövet lezáró felső lapot szintén eltávolítottuk, mégpedig valamivel a lezárás szintje alatti átvágással. Megállapítottuk, hogy olyan többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixű kerámia test keletkezett, amelyben két egymással koncentrikus, rozsdamentes acélból álló csövet összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként létrehozott átmeneti réteg kapcsolt egymáshoz.

A találmány hasznosításával a jelen példa szerint elkéX szített hengeres alapú többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test vízszintes keresztmetszetét a 19. ábra mutatja be. Ezen rozsdamentes acélból készült 158 külső cső, ugyancsak rozsdamentes acélból készült 160 belső cső és ezeket összefogó 162 közbenső réteg látható, ahol az utóbbi összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként jött létre. Ezek az elemek 156 többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet alkottak.

12. PÉLDA

A találmány szerinti eljárást valósítottuk meg úgy, hogy belső üreget meghatározó rozsdamentes acélból álló csövet és ezt megfogó bronz alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet tartalmazó többszörösen összetett.kerámia testet ké szítettünk el.

- 97 Elsőnek mintegy 1,6 mm vastag rozsdamentes acél lemezből (anyaga AISI 304 jelű) készítettünk olyan elrendezést, amely mintegy 39,7 mm belső átmérőjű és 120,7 mm körüli hosszúságú csőszerű részből, valamint ehhez hegesztéssel erősített 63,5 mm körüli hosszúságú és ugyancsak mintegy 63,5 mm körüli szélességű lemezből, mint alaplapból állt. A második hasonló elrendezés alapanyaga szintén AISI 304 jelű rozsdamentes acél volt, itt is

1,6 mm körüli vastagságú lemezt használtunk, mégpedig 54,0 mm körüli belső átmérőjű és mintegy 165,1 mm hosszúságú csövet vágtunk le, ezt az első elrendezés alaplapján annak cső alakú részével koncentrikusan helyeztük el, majd ezt az alaplaphoz hegesztettük és így az 1,6 mm körüli vastagságú rozsdamentes acélból 63,5 mm körüli szélességű és 63,5 mm körüli hosszúságú alaplappal ellátott impermeábilis falú tartályt alakítottunk ki. A belső (első) cső átmérőjénél valamivel nagyobb átmérőjű, ugyancsak rozsdamentes acélból készült kör alakú lemezt hegesztettünk a belső (első) cső felső részéhez, hogy így azt lezárjuk. A rozsdamentes acélból készült belső cső előzőek szerinti hermetikus lezárása után a 63,5 mm körüli szélességű és 63,5 mm körüli hosszúságú alaplapon keresztül a belső cső belső felülete által meghatározott teret elérő furatot készítettünk. Ennek célja az volt, hogy a hőmérsékletnek a szobahőmérsékletről biztosított, a megmunkálás megemelt hőmérsékletére való növelése során bekövetkező nyomásnövekedést elkerülhessük. Ez a furat egyáltalában nem zárta ki az elrendezés impermeabilitását, hiszen a belső cső felső szintje hermetikusan le volt zárva. A belső cső külső felülete és a külső cső belső felülete • *« #·»···· • * · » · · ···« · · »♦·♦·····

- 98 közötti gyűrű alakú térbe ezután 2,100 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidot (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) töltöttünk. Ez az anyag a teret lényegében a belső cső lezárt felső szintjéig töltötte ki. A külső cső belső felülete által meghatározott térbe, amelyet szobahőmérsékleten tartottunk, ezt követően 33 mátrixképző fémként bronzötvözetet töltöttünk, amely mintegy 90 tömeg% rézből, mintegy 5 tömeg% szilíciumból, • mintegy 2 tömeg% vasból és mintegy 3 tömeg% cinkből állt. Ez a ' fém a belső cső hermetikusan lezárt felső felszínét és az alumínium-trioxid töltőanyag felső szintjét borította. A 33 mátrixképző fém olvadékának hőmérséklete mintegy 1100 °C volt, beöntését követően felületére 34 lezárást létrehozó anyagot szórtunk, mégpedig porított bór-trioxidot (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amivel a megolvasztott 33 mátrixképző fém felületét beborítottuk. Az így létrejött elrendezést a 32 impermeábilis falú tartálynál fogva nagyjából 1100 ’c hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Ezen a hőmérsékleten mintegy tizenöt perc alatt a porított bór-trioxid megolvadt, belőle üvegszerű lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérséklet hatására a bór-trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás volt kialakítható. Az elrendezést további két órán keresztül tartottuk a 1100 “c hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó rozsdamentes acél 36 alaplapnál fogva hűtőlapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdí ·- 99 tottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezésről a rozsdamentes acélból álló alaplapot levágtuk és a kapott többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük. Egyúttal a belső csövet lezáró felső lapot szintén eltávolítottuk, mégpedig az egész elrendezésnek valamivel a lezárás szintje alatti átvágásával. Megállapítottuk, hogy olyan többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test keletkezett, amelyben két egymással koncentrikus, rozsdamentes acélból álló csövet összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként létrehozott átmeneti réteg kapcsolt egymáshoz, amelyet bronz alapú fém mátrix és a fém mátrixba beágyazódott alumínium—trioxid töltőanyag 2,100 mm átlagos szemcsézettségű részecskéi alkottak. Az elrendezés mindkét végének eltávolítása után a külső rozsdamentes acél csövet szintén eltávolítottuk, így olyan végterméket nyertünk, amelynek többszörösen összetett kerámia szerkezetét a külső bronz alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test és a vele szorosan kapcsolódó belső rozsdamentes acél cső alkotta.

A jelen példa szerint elkészített hengeres alapú többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test vízszintes keresztmetszetét a 20. ábra mutatja be. Ezen rozsdamentes acélból készült 164 többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test látható, amely 166 külső csőből és ehhez csatlakozó 168 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet tartalmaz.

13. PÉLDA

Azt kívántuk bemutatni, hogy rozsdamentes acélból álló

100 rúd bronz alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test segítségével rozsdamentes acélból álló csőhöz egységes szerkezetet alkotó módon csatlakoztatható. A rozsdamentes acélból álló csövet és rudat koncentrikusan helyeztük el.

Elsőnek rozsdamentes acélból készítettünk olyan elrendezést, amelyben mintegy 25,4 mm átmérőjű és mintegy 114,3 mm körüli hosszúságú rudat AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készült 63,5 mm körüli hosszúságú és ugyancsak mintegy 63,5 mm körüli szélességű lemezhez, mint alaplaphoz hegesztettünk. A második elrendezés szintén AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készült, ez esetben is 1,6 mm vastag lemezt használtunk, mégpedig mintegy 34,9 mm körüli belső átmérőjű és mintegy 152,4 mm hosszúságú csövet vágtunk le, ezt az első elrendezés alaplapján annak rúd alakú részével koncentrikusan helyeztük el, majd ezt az alaplaphoz hegesztettük és így az 1,6 mm körüli vastagságú rozsdamentes acélból 63,5 mm körüli szélességű és 63,5 mm körüli hosszúságú alaplappal ellátott impermeábilis falú tartályt alakítottunk ki. A rúd külső felülete és az azt körbevevő cső belső felülete közötti gyűrű alakú térbe ezután 0,216 mm átlagos szemcsézettségü alumínium-trioxidot (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) töltöttünk. Ez az anyag a teret lényegében a rozsdamentes acélból álló rúd felső szintjéig töltötte ki. A cső belső felülete által meghatározott térbe, amelyet szobahőmérsékleten tartottunk, ezt követően 33 mátrixképző fémként bronzötvözetet töltöttünk, amely mintegy 90 tömeg% rézből, mintegy 5 tömeg% szilíciumból, mintegy 2 tömeg% vasból és mintegy 3 tömeg% cinkből állt. Ez a fém a rúd és az alumínium—trioxid töltőanyag felső szintjét borította. A .33 mátrixképző fém

- 101 «·· · ···· ·· ' • · * · • ····· « a · « ·· ··>*· ·· • 9 •· •· •· ·· olvadékának hőmérséklete mintegy 1100 °C volt, beöntését követően felületére 34 lezárást létrehozó anyagot szórtunk, mégpedig porított bór-trioxidot (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amivel a megolvasztott 33 mátrixképző fém felületét beborítottuk. Az így létrejött elrendezést a 32 impermeábilis falú tartálynál fogva nagyjából 1100 °C hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Ezen a hőmérsékleten mintegy tizenöt perc alatt a porított bór-trioxid megolvadt, belőle üvegszerű lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérséklet hatására a bór-trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás volt kialakítható. Az elrendezést további mintegy négy órán keresztül tartottuk a 1100 “C hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó rozsdamentes acél 36 alaplapnál fogva hűtőlapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdítottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezésről a rozsdamentes acélból álló alaplapot levágtuk, mégpedig az elrendezésnek valamivel az alaplap szintje fölötti átvágásával, és a kapott többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük. Egyúttal az elrendezést a rúd felső szintje alatt is átvágtuk. Megállapítottuk, hogy olyan többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test keletkezett, amelyben a belső teret a rozsdamentes acélból álló rúd töltötte ki, ezt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként létrehozott átmeneti réteg kapcsolta a rozsdamentes acél102 *··» • · • · · ból álló csőhöz. Az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet bronz alapú fém mátrix és a fém mátrixba beágyazódott alumínium-trioxid töltőanyag 0,216 mm átlagos szemcsézettségű részecskéi alkották.

A találmány útmutatáása alapján a jelen példa szerint elkészített hengeres alakú többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test vízszintes keresztmetszetét a 21. ábra mutatja be. Ezen rozsdamentes acélból készült 170 többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test látható, amely 172 rúdból, ehhez csatlakozó, rozsdamentes acélból készült 174 csőből és a csatlakozást biztosító 176 átmeneti rétegből áll, ahol az utóbbi összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testként van kialakítva.

A jelen példa szerint elkészített többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testnek a 21. ábra egy mintegy

7,9 mm vastag keresztmetszeti elemét mutatja. Ezt szakítópróbának vetettük alá annak megállapítása céljából, hogy a rozsdamentes acélból álló rúd és az alumínium alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test között milyen erős összeköttetés alakult ki. A korong alakú keresztmetszeti elemet acél gyűrűre helyeztük, mégpedig úgy, hogy ezen a gyűrűn az alumínium töltőanyaggal készített bronz alapú fémes mátrix nyugodott. A rozsdamentes acélból készült középső részre ezután megfelelő elemmel ellenőrzött nyomóerőt fejtettünk ki, mégpedig a korong felszínére merőleges irányban. Erre a célra a Forney, Inc., Wampum, Pennsylvania cég által FT-0060-D típusjel alatt forgalmazott univerzális anyagvizsgáló berendezését használtuk. A nyomásnak kitett felület mintegy 638 mm nagyságú volt, ez

103 maximálisan 36500 N nyomóerőt bírt el, ami 57 MPa körüli nyomószilárdságnak felel meg.

14. PÉLDA

Azt kívántuk bemutatni, hogy olyan többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test is előállítható, amelynél bronz alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test fém testtel kapcsolódik.

Először 32 impermeábilis falú tartály fenéklapját a Unión Carbide cég által forgalmazott GRAFOIL márkanevű szalag alakú grafit anyagból készült lappal béleltük ki, ezzel a fenéklap teljes felületét beborítottuk. Magát a 32 impermeábilis falú tartályt rozsdamentes acél anyagú mintegy 1,6 mm vastag lemezekből készítettük el hegesztéssel, amivel négyszögletes keresztmetszetű teret nyertünk, amelynek oldalélé hozzávetőlegesen 101,6 mm, magassága mintegy 38,1 mm volt. A GRAFOIL jelű anyagból készült alsó fedőréteg felületére 3,2 mm körüli vastagságú rétegben töltőanyagként 0,216 mm átlagos szemcsézettségű alumínium-trioxidot vittünk, mégpedig a Norton Co. 38 Alundum jelű termékéből nyert frakcióként. Az így kialakított rétegben elhelyezkedő töltőanyag felületére mintegy 88,9 mm hosszúságú és ugyancsak mintegy 88,9 mm szélességű, nagyjából 9,5 mm vastagságú lapkát helyeztünk, amelyet acélból hidegformázással készítettünk el. Ezután a 32 impermeábilis falú tartályba annyi töltőanyagot juttattunk, hogy ezzel az acél anyagú lapka felső szintjéig érő réteget alakítsunk ki. Az így létrejött elrendezésben az acél lapka felső szintjét GRAFOIL jelű grafitszalaggal beborítottuk. Ezt a beborítást úgy végeztük, hogy a szalag

- 104 kis mértékben túlnyúlt az acél lapka oldalélén és részben befedte az alumínium-trioxid töltőanyag rétegét is. Az impermeábilis falú tartály belső felülete és a GRAFOIL típusú grafitszalaggal fedett terület között mintegy 0,63 mm széles rést hagytunk. Ezt követően a 32 impermeábilis falú tartályba 33 mátrixképző fém alapanyagként bronzötvözetet töltöttünk, amely mintegy 90 tömeg% rézből, mintegy 5 tömeg% szilíciumból, mintegy 2 tömeg% vasból és mintegy 3 tömeg% cinkből állt. Ez a fém a GRAFOIL jelű anyagból álló szalag és az alumínium-trioxid töltőanyag szabadon maradt felső szintjét borította. A 33 mátrixképző fém olvadékának hőmérséklete mintegy 1100 °C volt, beöntését követően felületére 34 lezárást létrehozó anyagot szórtunk, mégpedig porított bór-trioxidot (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amivel a megolvasztott 33 mátrixképző fém felületét beborítottuk. Az így létrejött elrendezést a 32 impermeábilis falú tartálynál fogva nagyjából 1100 °C hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Ezen a hőmérsékleten mintegy tizenöt perc alatt a porított bór-trioxid megolvadt, belőle üvegszerű lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérséklet hatására a bór-trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás volt kialakítható. Az elrendezést további mintegy három órán keresztül tartottuk a 1100 ’C hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó rozsdamentes acél 36 alaplapnál fogva hűtőlapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdí105 tottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezést szétszedtük és a kapott többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük. A létrejött többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test a hidegenformázott acél lapkát befogadó, azzal kötődő összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet tartalmazott.

A jelen példa szerint elkészített négyszögletes keresztmetszetű többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test függőleges keresztmetszetét a 22. ábra mutatja be. Ezen 178 többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test látható, amely 182 hidegenformázott acél lapkából és ehhez csatlakozó bronz alapú 180 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testből áll.

15. PÉLDA

Ez a példa azt kívánta bizonyítani, hogy a találmány szerinti eljárással két bronz alapú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test jól összeköthető egymással, ahol a két kerámia testet eltérő töltőanyagokkal hoztuk létre. A példa azt is mutatja, hogy az eljárással viszonylag kis sűrűségű többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test ugyancsak előállítható.

A 32 impermeábilis falú tartályt mintegy 50,8 mm belső átmérőjű és 63,5 mm körüli hosszúságú, AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készült mintegy 1,6 mm falvastagságú cső és ugyanilyen minőségű rozsdamentes acélból készült 1,6 mm vastagságú lemezből kivágott mintegy 60,3 mm szélességű és ugyancsak mintegy 60,3 mm hosszúságú alaplap összehegesztésével készítet• ·

tűk el. Az alaplapra a 32 impermeábilis falú tartály fenekén 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidból mintegy 3,2 mm vastag réteget töltöttünk. Az így elkészített töltőanyag felületére laza szerkezetet alkotó alumínium-trioxid gömböcskékből mintegy 19,1 mm vastag réteget vittünk fel. Ezek a gömböcskék 3,2 mm átmérőjű termékek, amelyek szállítója a Ceramic Fillers Inc., Atlanta, Georgia, cég. Az alumínium-trioxid gömböcskékből álló rétegre újból a 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid töltőanyag egy rétege került. Az így létrejött elrendezést az impermeábilis falú tartállyal együtt finoman megráztuk, így a felső rétegből a 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid töltőanyag részecskéi az alumínium-trioxid anyagú gömböcskék közötti térbe behatoltak és azt legalábbis részben kitöltötték. A töltőanyagot addig pótoltuk, amíg lényegében további mennyisége már nem hatolt be a gömböcskék közötti térbe. Ezután a felületet nagyjából 3,2 mm vastag rétegben megintcsak 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbiddal borítottuk. Ez utóbbi réteg felületére rozsdamentes acélból készült, nagyjából 47,6 mm átmérőjű és hozzávetőlegesen 3,2 mm vastag kör alakú lapkát helyeztünk. Ez az átmérő valamivel kisebb volt, mint a rozsdamentes acélból készült 32 impermeábilis falú tartálynak a szilícium-karbid töltőanyaggal kitöltött része. Ennek megfelelően a lapka és a 32 impermeábilis falú tartály belső felülete között kis nyílás maradt.

Ezt követően a 32 impermeábilis falú tartályba 33 mátrixképző fém alapanyagként bronzötvözetet töltöttünk, amely mintegy 90 tömeg% rézből, mintegy 5 tömeg% szilíciumból, mintegy 2 tömeg% vasból és mintegy 3 tömeg% cinkből állt. Ez a fém a GRA-

FOIL jelű anyagból készült szalag és az alumínium-trioxid töltőanyag szabadon maradt felső szintjét borította. A 33 mátrixképző fém olvadékának hőmérséklete mintegy 1100 c volt, beöntését követően felületére 34 lezárást létrehozó anyagot szórtunk, mégpedig porított bór-trioxidot (az Aesar Co., Seabrook, New Hampshire, cég terméke), amivel a megolvasztott 33 mátrixképző fém felületét beborítottuk. Az így létrejött elrendezést a 32 impermeábilis falú tartálynál fogva nagyjából 1100 °C hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük. Ezen a hőmérsékleten mintegy tizenöt perc alatt a porított bór-trioxid megolvadt, belőle üvegszerű lezáró réteg keletkezett. A megemelt hőmérséklet hatására a bór—trioxidban jelen levő víz teljes mértékben eltávozott, így gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás volt kialakítható. Az elrendezést további mintegy két órán keresztül tartottuk a 1100 °C hőmérsékletű belső térben. Ezt követően az elrendezést a kemencéből eltávolítottuk és a 32 impermeábilis falú tartály alsó szintjét meghatározó rozsdamentes acél 36 alaplapnál fogva hűtőlapra helyeztük, amely vörösrézből készült és vízhűtésű lap volt. Ezzel a létrejött anyagot irányított módon megszilárdítottuk. A szobahőmérséklet elérése után az elrendezést szétszereltük és a kapott többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet kinyertük. A létrejött többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test első rétege a 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid töltőanyagot beágyazva tartalmazó bronz mátrixszal kialakult összetett szerkezetet alkotott, ehhez második rétegként olyan összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test csatlakozott, amelyben a fémes mátrix • ·

- 108 bronz anyaga az alumínium-trioxid gömböcskéket tartalmazta és ez utóbbihoz harmadik rétegként olyan összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test kapcsolódott, amelyben a 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid töltőanyag a fentiekben meghatározott bronz alapú mátrixban helyezkedett el. A felső réteget eltávolítottuk és így olyan kétrétegű többszörösen összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testet nyertünk, amelyben az alumínium-trioxid gömböcskéket tartalmazó réteg a 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidot töltőanyagként tartalmazó réteggel alkotott egységes szerkezetet. Ennek sűrűsége mintegy 3,9 g/cm³ volt. A mintegy 50 tf%-ban a 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbid töltőanyagot tartalmazó és a bronzötvözetből létrejött összetett szerkezetű fém mátrixú ke. . 3 rámia test sűrűsége viszont mindenkor mintegy 5,5 g/cm körüli értéket mutatott.

A jelen példa szerint elkészített többszörösen összetett szerkezetű, kétréteges fém mátrixú kerámia test vízszintes keresztmetszetét a 22. ábra mutatja be. Ezen 184 többszörösen összetett szerkezetű bronz mátrixú kerámia test látható, amely töltőanyagként alumínium-trioxid gömböcskéket tartalmazó 186 első fémes mátrixból és töltőanyagként 0,216 mm átlagos szemcsézettségű szilícium-karbidot tartalmazó 188 második fémes mátrixból épül fel.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás többszörösen 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, valamint a töltőanyaggal és/vagy töltőanyagból készült, a mátrixképző fém alapanyaggal szemben annak megolvadt állapotában permeábilis szerkezetű formatesttel, továbbá a mátrixképző fém alapanyaggal szemben annak megolvadt állapotában permeábilis szerkezetű, a töltőanyaggal és/vagy a formatesttel érintkező legalább egy kiegészítő testtel alakítjuk 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 és legalább részben a legalább egy kiegészítő testet átjáratjuk, • · • « • ·· ·· ······ · * · ·· · · · ··

- 110 majd a kerámia testet hűtjük 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 legalább egy kiegészítő testbe 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.

111
9. Az 5. — 8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, 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 nedvesítési 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 formatest 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 1. — 12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyag és/vagy formatest felületének legalább egy részén a mátrixképző fém alapanyag vándorlását akadályozó gátló elemet alakítunk ki.
14. A 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elemet legalább részben szénből, grafitból, titán—diboridból, alumínium-trioxidból, szilícium-dioxidból vagy rozsdamentes acélból alakítjuk ki.
15. A 13. vagy 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gátló elemet a mátrixképző fém alapanyaggal • · · · · «· ·»· * · « · **···*««· ·· ·· 9 ··

- 112 nem vagy rosszul nedvesíthető anyagból alakítjuk ki.
16. Az 5. - 15. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot, míg nedvesítőszerként magnézium, bizmut, ón és ólom közül legalább egyet alkalmazunk.
17. Az 5. — 15. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként bronzot és/vagy rezet, míg nedvesítőszerként szelén, tellúr és kén közül legalább egyet alkalmazunk.
18. Az 1. - 17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy töltőanyagként porszemcsés, pehelyszerű, lemezkés, mikrogömbökből álló, pálcikaszerű, gömbszerű, szálszerű összetevőkből álló, durvaszemcsés, szövetszerű, méretrevágott szálakból álló, golyókból álló, pelletként kialakított, csőszerű és tűzálló szövetből álló frakciók közül legalább egyet alkalmazunk.
19. Az 1. — 18. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszert laza szerkezetű töltőanyagként és/vagy formatestként oxid(ok), karbid(ok), borid (ok) és nitrid(ek) közül legalább eggyel hozzuk létre.
20. Az 1. — 19. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az impermeábilis falú tartályt kerámia, fém, üvegszerű és polimerizált anyagok közül legalább egyből alakítjuk ki.
21. Az 1. — 20. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot, rezet vagy bronzot választunk, míg az impermeábilis falú tartályt rozsdamentes acélból készítjük el.
22. Az 1. ^— 21. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az impermeábilis falú tartályt alumínium-trioxidot vagy szilícium-karbidot tartalmazó anyagból készítjük el.
23. Az 1. - 22. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reaktív atmoszférát túlnyomórészt oxigént vagy túlnyomórészt nitrogént tartalmazó atmoszféraként képezzük ki.
24. Az 1. — 23. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot használunk és a tartályban a reaktív atmoszférát levegővel, oxigénnel vagy nitrogénnel hozzuk létre.
25. Az 1. — 24. 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.
26. Az 1. — 25. 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.
27. Az 1. — 26. 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 mint- ·· «·· · · · a · ···· · •· ·· · ··

114 egy 1125 ’c közötti hőmérsékleten tartjuk, továbbá ha mátrixképző fém alapanyagként öntöttvasat alkalmazunk, a reakciórendszert mintegy 1250 °C és mintegy 1400 ’C közötti hőmérsékleten tartjuk.
28. Az 1. — 27. 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.
29. Az 1. — 28. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a többszörösen összetett szerkezetű fémes mátrixú kerámia testet vagy legalább annak fémes mátrixát irányított módon hűtjük.
30. Az 1. — 29. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a legalább egy kiegészítő testet fémből, kerámia anyagból, összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia anyagból, vagy ezek összetett szerkezetű kerámia mátrixú kerámia anyagból kombinációjából készítjük el.