ábra: A kerámiák gyártása

Porkészítés

Fontos a tisztaság, egyenletes szemcseméret, keverés, valamint a reprodukálhatóság.

Így lehet szűk tűrést elérni (± 0,5 %) száraz préselés esetén extrém egyenletes porgranulátumok segítségével. A porkészítés legfontosabb alapfeltételei a következők.

− Gondosan ellenőrzött körülmények között kell végezni a kívánt morfológia, átlagos részecskeméret és- eloszlás, valamint összetétel elérése céljából.

− Jellegzetes mérettartomány: 0,1–30 μm.

− A nagy fajlagos felület miatt jelentős az elszennyeződés veszélye, szubmikronos poroknál a részecskék összetapadása (agglomeráció).

Eljárásai: az anyag kémiai jellege és mechanikai tulajdonságai alapján nagyon sokféle lehet.

Szilárd fázisban: őrlés (rideg anyagok esetén), termikus bontás, oxidáció, redukció.

Folyadékfázisban: oldószerelvonás (spray drying) kerámiáknál, szol-gél átalakulás, lecsapatás, fémolvadékoknál: atomizálás.

Gázfázisban: gázok szintézise, plazmaeljárások.

Formázás

A porok tömörítése kompakt, de kis szilárdságú termékké (a porozitás: 25–50 térfogat%). Eredményül könnyen kezelhető, megmunkálható terméket kapunk (green compact vagy green body). A tulajdonképpeni formázás előtt történik a por előkészítése:

a porokat a kívánt arányban összekeverik, homogenizálják. Ekkor keverik be a különféle adalékokat, valamint a formázást könnyítő segédanyagokat. Utóbbiak a formázást vagy a szinterelést segítik. A bekeverés gyakran golyósmalomban történik. A homogenizálás előnyös a porszemcsék összetapadásának csökkentésében. A homogén keverék előállítása a jó minőségű végtermék előállításának egyik legfontosabb előfeltétele.

Módszerek:

− Préselés (pressing): A port szerves kötőanyaggal (gyakran polietilén-glikollal) 30-40 térfogat%-ban összekeverik, majd présszerszámban préselik. Jellegzetes nyomás: 20–150 MPa. A módszer egyszerű, jól automatizálható. Hátrány, hogy az erőhatás egytengelyű, a porrészecskék egymással és fallal történő súrlódása miatt a tömörödés nem egyenletes. Égetés után alakváltozás következhet be.

− (Hideg) izosztatikus préselés (rubber mold pressing): A port gumizacskóba töltik, majd folyadékban préselik (a nyomás jellemzően 100 MPa). Előnye: egyenletes tömörödés.

− Extrudálás (extrusion molding): Képlékeny masszát extrudálnak megfelelő nyíláson keresztül. Rudak, csövek, üreges idomok kialakítására használják, főleg kerámiák esetében.

− Öntőpépes öntés (slip casting): Vizes szuszpenziót készítenek, majd ezt porózus (gipsz) formába öntik. A forma beszívja a vizet, a szilárd rész kivehető. A porcelángyártás ősi módszere.

− Fröccsöntés (injection molding): Képlékeny masszát készítenek szerves kötőanyag (gyakran parafin: viasz 1:1) segítségével (15–20 térfogat%), majd ezt a szerszámba nyomják. Bonyolult alakú termékek is készíthetők. Az eljárást eredetileg műanyag formák gyártásánál használták, ma már elterjedt a kerámiák esetében is. A formázás után a szerves kötőanyagot vagy a vizet szárítással eltávolítják. A végtermék minősége szempontjából a homogenitás biztosítása alapvetően fontos.

Égetés/szinterelés (firing/sintering)

A por vagy a kompakt hőkezelése a főkomponens olvadáspontjánál alacsonyabb hőmérsékleten, a kívánt szilárdság elérése céljából. Ez a termék előállításának utolsó szakasza. A szinterelt anyag (főleg a kerámia) csak nagyon nehezen munkálható meg (polírozás, vágás). A szinterelés körülményei nagyban meghatározzák a termék mikroszerkezetét és így a tulajdonságait. A szinterelés hajtóereje a felületi energia csökkenése. A szinterelés bonyolult folyamat szerint történik, amelyben a diffúzió játszik döntő szerepet. A részecskék érintkezési pontjánál először úgynevezett nyak képződik, a pórustér nyitott. A szinterelés folyamata során a pórustér bezáródik, majd különálló pórusok keletkeznek. Végül ezek térfogata csökken.

Módszerek:

− Hagyományos szinterelés (standard pressure sintering): Izzítás magas hőmérsékleten, levegőn vagy védőgázban. Időtartama több óra.

− Melegpréselés (hot pressing, HP): A porok szinterelése egyirányú (egytengelyű) nyomás alatt történik. Előnyei: a szinterelési hőmérséklet csökkenthető, kis porozitású és finom szemcseszerkezetű termék készíthető. Hátrány: különleges anyagú (hőálló) szerszám szükséges.

− Meleg izosztatikus préselés (hot isostatic pressing, HIP): A szinterelés nagy nyomáson és magas hőmérsékleten történik, közvetítő gáz (általában argon) mint nyomásátadó közeg alkalmazásával. Előzetesen előszinterelt (zárt pórusú) anyagnál tokozás nélkül, egyébként tokozott anyagon alkalmazzák. Előnyei:

alacsonyabb hőmérséklet is elegendő, mint a hagyományos szinterelésnél, pórusmentes, finomszemcséjű termék készíthető, nincs présszerszám, számos olyan por esetén is eredményre vezet, mely másképpen nem zsugorítható pórusmentesre.

− Reaktiv szinterelés (reaction sintering): A szinterelés közben kémiai reakció is lejátszódik.

− Folyadékfázisú szinterelés (liquid phase sintering): Olyan porkeveréket szinterelnek ezzel a módszerrel, melynél az egyik (néhány százalékban levő) komponens olvadáspontja lényegesen alacsonyabb a másikénál. Az égetést az alacsonyabb olvadáspont feletti hőmérsékleten végezve folyadékfilm alakul ki a szilárd szemcsék felületén. Ez elősegíti a részecskék közötti anyagtranszportot.

Lehűléskor az olvadék kristályos vagy üvegszerkezetben szilárdul meg. Feltétel, hogy az olvadék nedvesítse a szilárd részecskéket, valamint részleges oldódás is bekövetkezzen. Előnyök: lehetővé válik a nehezen szinterelhető anyagok pórusmentes zsugorítása; alacsonyabb hőmérsékleten történik, mint a hagyományos szinterelés. Hátrányok: a magas hőmérsékletű szilárdság csökken, a kúszás növekszik.

4. ANYAG- ÉS SZERKEZETVIZSGÁLATOK

4.1 Az anyagvizsgálat típusai

Az anyagvizsgálatok különböző műszaki termékek tervezését, gyártását és karbantartását teszik lehetővé. Az anyagvizsgálati eljárások segítségével el lehet dönteni, hogy az adott anyag alkalmas-e rendeltetésszerű használatra. Célja:

− az anyagokra jellemző fizikai, technológiai stb. alapadatok, mutatószámok meghatározása;

− a gyártás, feldolgozás, szerelés során az anyagok tulajdonságainak ellenőrzése;

− az üzem közben előforduló igénybevételek reprodukálásával az anyagok viselkedésének vizsgálata az adott igénybevétel esetén;

− az anyaghibák feltárása.

Az anyagvizsgálati eljárások szigorúan szabványosított módszerek, eljárások, amelyek által a vizsgált tulajdonságok garantáltak, a különböző helyeken és időkben meghatározott adatok egymással összevethetők.

Az anyagvizsgálat során az anyag következő paramétereit határozzák meg:

− Fizikai: szín, sűrűség, olvadás- és dermedéspont.

− Kémiai: legfontosabb feladata a gyártmányok és alkatrészek kémiai összetételének meghatározása: korrózióállóság, savállóság.

− Mechanikai: közvetlenül felhasználható mérőszámokat, anyagjellemzőket szolgáltatnak a méretezés számára: keménység, szilárdság, rugalmasság.

− Technológiai: az anyagok bizonyos célra való alkalmasságát mutatják meg:

önthetőség, hegeszthetőség, forgácsolhatóság.

– Metallográfiai: a fémes anyagok szerkezetét és átalakulási tulajdonságait határozzák meg.

4.1 ábra: Az anyagvizsgálatok célja