HUT56620A - Method for producing bullet-proof material and bullet-proof material - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás golyóálló anyag előállítására és golyóálló anyag. Az eljárás megvalósítása során legalább két különböző anyagú összetevőt szerkezetileg kapcsolunk egymással, míg a javasolt golyóálló anyag legalább két, egymástól eltérő összetételű összetevőt tartalmaz.

A nagy ütőszilárdságú, vagyis tűzfegyverből származó golyók, lövedékek becsapódása ellen védő anyagok kifejlesztésére számos próbálkozás történt. A hagyományos megoldást a nagy ütőszilárdságú anyagokból készült vastag páncélzatok jelentik, ezek azonban rendkívül nehezek, ezért gyakorlatilag csak nagyteljesítményű motorokkal ellátott járművek védelménél terjedtek el. Az utóbbi időben nagy ütőszilárdságú műanyagokat szintén kidolgoztak, ezek viszont költségesek, nehezen gyárthatók. Ugyanez mondható el a fémből és kerámia anyagokból, ezek többrétegű szerkezeteiből kialakított golyóálló anyagokról.

A nagy ütőszilárdságú anyagok leginkább elterjedt változatainál különböző összetételű anyagrétegeket vagy összetevőket kapcsolnak egységes szerkezetté, ezért abban fémes, kerámia jellegű és/vagy több különböző összetevőből felépülő egy vagy több réteg található. Az erre a célra alkalmazott anyagok mindenképpen költségesek, előállításuk, majd a kijelölt felhasználásnak megfelelő alakításuk számos technológiai problémát okoz. Az olcsóbb, egyszerűbben elkészíthető anyagoknál az ütőszilárdság sok esetben nem megfelelő.

A fentiekből is következően továbbra is igény van a nagy megbízhatóságú golyóálló anyagok új típusainak kidolgozására.

A találmány feladata ennek az igénynek a kielégítése céljából olyan golyóálló anyag létrehozása, amely egyszerűen,

viszonylag alacsony költségszinten gyártható és nagy megbízhatósággal alkalmazható golyóálló személyi és gépi felszerelések kialakításához. Feladatunk továbbá az ilyen anyag előállítására szolgáló újszerű eljárás megalkotása.

A találmány alapja az a felismerés, hogy a Dwivedi és társai nevében az USA Szabadalmi Hivatalnál 1988. január 11-én 142,385 alapszámon benyújtott, az Európa Szabadalmi Hivatal által EU-A1 0,000,000 számon közzétett Eljárás összetett szerkezetű fémtartalmú testek előállítására című találmányból kiindulva, azt továbbfejlesztve a kitűzött feladat hatékony megoldása válik lehetővé. Az említett találmány szerint 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, azt szerkezetébe befogadva tömör anyagú testté válik. Az így létrejött kerámia mátrix anyagú összetett szerkezetű testet, mint öntőedényt második töltőanyaggal töltjük ki, ezt és az öntőedényt megolvasztott fémmel hozzuk kapcsolatba, miközben 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 belső környezet révén a második töltőanyagot viszonylag alacsony hőmérsékleten megolvasztott fém alapanyaggal szintén át • · · ' · · · · · • · · · · · ··· ·· ···· ···· ···

- 4 lehet járatni, nincs szükség nedvesítőszer alkalmazására, esetleg a fém alapanyag különleges ötvöző összetevőinek bevitelére, szükségtelenné válik külső nyomás, külső vákuum, különleges gázatmoszféra biztosítása vagy más, a behatolást (impregnálást) elősegítő intézkedések meghozatala. Ennek révén felismerésünk szerint összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia test állítható elő.

Az 1989. május 9-én engedélyezett US-A 4 828 008 számú US szabadalmi leírás összetett szerkezetű fém mátrixú test előállítására permeábilis felépítésű töltőanyag és fém alumínium érintkeztetését javasolja. A töltőanyag például kerámia vagy kerámia bevonatú részecskékből áll, az alumíniumot megolvadt állapotban viszik a folyamatba, és benne általában legalább kb. 1 tömeg% magnézium van, de a magnézium mennyisége célszerűen túllépi a 3 tömeg% határt. Az infiltrációs folyamathoz nincs szükség külső túlnyomás vagy vákuum alkalmazására. A fémes alapanyagot ötvözet formájában a töltőanyaggal érintkezésben, hőmérsékletét 675 °C körüli értéken tartják. A töltőanyag és a fém környezetében 10 - 100 tf%-ban, előnyösen 50 tf%-ban nitrogénből álló atmoszférát hoznak létre, amelyben szükség szerinti mennyiségben nem oxidáló hatású gáz, például argon van jelen. A folyamat feltételei között a megolvadt alumíniumötvözet a kerámia anyag masszáját normál légköri nyomáson képes átjárni és ezzel az alumíniumból, illetve az alumíniumötvözetből mátrix alakul ki. Miután a töltőanyag megfelelő mennyiségét a fémmel átjáratták, a hőmérsékletet lecsökkentik, a fém megszilárdul és így nagy szilárdságú kemény mátrixszerkezet jön létre, amely a töltőanyagot beágyazva tartalmazza. Az alumínium utánpótlását úgy biztosítják, hogy ezzel a töltőanyag határfelületéig lehetővé tegyék szerkezetének az olvadt fémmel történő kitöltését. Ez esetben aránylag jelentős mennyiségű töltőanyagot lehet a test szerkezetébe vinni, a leírás szerint a töltőanyag mennyisége akár a test térfogatának nagyobb részét is kiteheti.

Ennél az eljárásnál az alumínium—nitrid, mint töltőanyag az alumínium mátrixban diszkontinuus jellegű (nem folytonos) fázist alkothat. A nitrid mennyisége számos tényezőtől függően változhat, amelyek között a hőmérsékletet, az alumíniumötvözet összetételét, a gázatmoszféra összetételét és a töltőanyag minőségét, összetételét lehet megemlíteni. Az említett tényezők közül egyet vagy többet szabályozva az összetett szerkezetű test több tulajdonsága jól befolyásolható és előre megtervezhető. Kedvezőtlen azonban, hogy az összetett szerkezetű golyóálló anyag számos alkalmazásban nem vagy csak nagyon kis mennyiségben tartalmazhat alumínium—nitridet.

Felismerésünk szerint ez az eljárás úgy fejleszthető tovább, hogy a töltőanyagot vagy az előmintát hermetikusan lezárható tartályban rendezzük el. A töltőanyagot vagy előmintát ezt követően megolvadt fémmel, amely a szerkezet alapanyagaként szolgál, hozzuk kapcsolatba. A megemelt hőmérséklettel a töltőanyagon vagy az előmintán belül reaktív jellegű atmoszférát hozunk létre, amelyet a tartály hermetikus lezárásával a környező atmoszférától elszigetelünk. A reaktív atmoszférában lejátszódó reakciók következtében a tartályon belül nyomáshiányos tér, adott esetben jó vákuum alakul ki, aminek hatására a fém alapanyag a töltőanyag szerkezetébe behatol, annak részecskéit lényegében helyzetük megváltoztatása nélkül körbeveszi. A szerke- 6 zetnek a fémmel történő átjáratása után a kapott kompozíciót hagyjuk lehűlni, vagy esetleg irányított módon, a természetesnél nagyobb hűtési sebességgel anyagát megszilárdítjuk, majd a terméket a tartályból kinyerjük. Ezt az eljárást számos különböző fém alapanyag és töltőanyag felhasználásával lehet megvalósítani.

A vizsgálatok tanúsága szerint a megemelt hőmérsékletek az infiltrációs folyamat lefutását elősegítik, de egyúttal kedvező feltételeket teremtenek a nitridek képződéséhez. Az említett szabadalom így is bizonyos határok között választást enged az infiltrációs folyamat sebességének olyan megválasztására, hogy ezzel a nitridképződés intenzitása adott feltételek között elfogadható legyen.

Az infiltrációs folyamat befolyásolásának egyik kedvező lehetősége az, hogy a töltőanyagot egy adott felületen a fémes mátrix alapját jelentő fémmel megolvadt állapotában nem nedvesíthető réteggel borítjuk, amely gátló anyagrétegként az olvadt fém terjedését korlátozza, illetve teljes mértékben leállítja. Ezzel a töltőanyag egy pontosan kijelölhető határfelületéig biztosított a fém behatolása, vagyis a nyert termék kívánt alakot ölthet, az alaktartás nagy pontossága mellett.

Egy a felismeréseink szerint ugyancsak különösen célszerű megoldás értelmében alapfémet megfelelő tartályban helyezünk el — tiszta fémet vagy ötvözetet - és ezt ugyanazt a fémet tartalmazó külön utánpótló edénnyel kapcsolják össze. Az oxidációs folyamat feltételei között általában a nehézségi erő biztosítja a fém utánpótlását. Ez esetben a fém a töltőanyagot normál légköri nyomás mellett megolvadt állapotban kezdi átjárni. Ennek eredményeként a tartályban levő fém fokozatosan elfogy, hiszen a fém átmegy a töltőanyag térfogatába, de ez az elfogyó mennyiség folyamatosan pótólható az utánpótlást olvadt állapotban tartalmazó edényből. Miután a töltőanyag permeábilis szerkezetű részének kívánt térfogatát a mátrixot alkotó fém átjárta, a hőmérsékletet lecsökkentik és így a fém megszilárdul, belőle a töltőanyaggal együtt egyenletes térbeli eloszlású fémes mátrixszerkezet jön létre. Az utánpótlásként alkalmazott fémet olyan mennyiségben használjuk, amennyire szükség van a töltőanyag kívánt mértékű átjáratásához. Célszerű lehet ez esetben a gátló anyagréteg kialakítása a töltőanyag egy kijelölt határfelületén.

A tartályos megoldás előnyös feltételeket teremt makrostruktűrájában is összetett szerkezetű golyóálló anyag létrehozására, amikor az utánpótlást a töltőanyag átjárásához szükségesnél nagyobb mennyiségben biztosítjuk. Ilyenkor a töltőanyag térfogatának teljes mértékű átjáratása után a hőmérsékletet lecsökkentve komplex szerkezetű golyóálló anyagot kapnak, amelyben kerámia töltőanyagot tartalmazó rész szervesen, anyagában kapcsolódik az utánpótlásként alkalmazott fém megszilárdult, töltőanyag nélküli maradékával.

Felismerésünk az is, hogy különböző, az infiltrációs folyamatot elősegítő segédanyagok, ilyen segédanyagok keletkezését lehetővé tevő prekurzor vegyületek valamint a rendszer alkotóelemeit körbevevő megfelelő összetételű atmoszféra külön-külön vagy tetszőleges kombinációban történő alkalmazásával megkönnyíthető az a folyamat, amelynek révén a fém alapanyag spontán módon a töltőanyagot, illetve a töltőanyagból készített előmintát átjárja, avval együtt kívánt alakú szerkezetet hoz létre. Az elvégzett vizsgálatok azt bizonyítják, hogy a spontán infiltrációs folyamatra alkalmas rendszerek számos kombinációban dolgozhatók ki. így mátrixképző fém alapanyagként mindenek előtt az alumínium tűnik különösen előnyösnek, az infiltrációs folyamatát megkönnyítő segédanyagként, vagy ilyen segédanyag létrejöttét eredményező prekurzor anyagként magnézium, stroncium, cink és kálcium különösen jól alkalmazható, amelyek mellett a szükséges atmoszférát célszerű nitrogénből létrehozni. Cink esetében oxigén is ugyanilyen hatással van. A kísérletek tovább folynak és ezekből megállapítható, hogy az említett különösen előnyös rendszerek mellett az előállítani kívánt termék célul kitűzött paramétereinek megfelelően számos más ugyancsak előnyös összetétel tervezhető meg, és a tapasztalat szerint ezek lehetővé teszik, hogy a paraméterek előírt értékeit hatékonyan eredményező technológiákat állítsunk össze.

A kitűzött feladat golyóálló anyagot és golyóálló anyag anyag előállítására szolgáló eljárást dolgoztunk ki.

A kidolgozott eljárásban legalább két különböző anyagú összetevőt szerkezetileg kapcsolunk egymással, és a találmány értelmében különböző anyagú összetevőkként mátrixképző fém alapanyagot és laza szerkezetű töltőanyagot és adott esetben a mátrixképző fém alapanyaggal szemben permeábilis szerkezetű töltőanyagból készült formatestettel úgy kapcsolunk egymással, hogy őket egymással érintkezve elrendezzük, majd a hőmérsékletet megemelve a mátrixképző fém alapanyagot megolvasztjuk, a fém alapanyag olvadékát a töltőanyag térfogatának legalább egy részébe bejuttatjuk, és belőle a töltőanyag legalább egy részét

- 9 befogadó, legalább 40 tf%-ban a töltőanyagból álló golyóálló tulajdonságú kerámia jellegű mátrixot hozunk létre, miközben a töltőanyag felületének környezetében, annak és adott esetben az előminta felületének legalább egy részénél a bejuttatás időtartamának legalább egy részében a fémnek a töltőanyag és adott esetben az előminta szerkezetébe való behatolását elősegítő atmoszférát létesítünk, a kapott kerámia jellegű mátrixot előállítását követően szükség szerint hűtjük és lehűlése után ismert módon kinyerjük.

A találmány szerinti eljárás talán legelőnyösebb megvalósítási módjánál az egymással érintkezésben elrendezett fém alapanyagot, töltőanyagot és adott esetben előmintát mint reakciórendszert impermeábilis falú tartályba helyezzük, a tartály legalább egy részét hermetikusan lezárjuk, benne a behatolást elősegítő atmoszféraként reaktív atmoszférát létesítünk, és a tartály környezete, valamint belső terének legalább egy része között a mátrixképző fém alapanyag megolvasztása közben vagy azt követően nyomáskülönbséget hozunk létre.

Célszerűen mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot, magnéziumot, rezet, titánt, vasat, öntöttvasat, acélt vagy nikkelt használunk.

Különösen előnyös a találmány szerinti eljárásnak az a megvalósítási módja, amelynél a töltőanyaghoz és/vagy adott esetben az előmintához nedvesítőszert adagolunk és/vagy nedvesítőszert ötvöző összetevőként tartalmazó mátrixképző fém alapanyagot olvasztunk meg, továbbá célszerűen a reakciórendszert a hermetikus lezárást megkönnyítő legalább egy segédanyaggal egészítjük ki.

A reakciórendszer legalább egy részét kívülről például üvegszerű anyaggal zárhatjuk le, de ugyanígy előnyös, ha erre a célra a töltőanyag és adott esetben az előminta felületének legalább egy részét a mátrixképző fém alapanyag és a környezetet alkotó gázok, különösen levegő közötti reakcióban létrejövő vegyületet vagy kompozíciót hasznosítunk. A lezárás célszerűen a reakciórendszer legalább egy részénél létrehozható a tartály nyílásánál a nedvesítőszer és a mátrixképző fém alapanyag közötti fizikai folyamat révén kialakuló keverékkel vagy a mátrixképző fém alapanyag és a tartály anyaga közötti kémiai reakcióban létrejövő anyaggal.

A találmány szerinti eljárásnak a reakciórendszer létrehozásával történő megvalósításánál igen célszerű, ha a nyomáskülönbséget a tartályban levő reaktív atmoszféra és a mátrixképző fém alapanyag és/vagy a töltőanyag és/vagy a tartály anyaga közötti kémiai reakcióval hozzuk létre.

Mátrixképző fém alapanyagként különösen előnyösen alumíniumot, ezen kívül célszerűen bronzot és/vagy rezet, míg nedvesítőszerként magnézium, bizmut, ón és ólom vagy szelén, tellúr és kén közül legalább egyet alkalmazunk.

A találmány szerinti eljárással létrehozott golyóálló anyag tulajdonságai jól befolyásolhatók, ha laza szerkezetű 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. Ezek alapanyagaiként általában az oxid(ok), karbid(ok), borid(ok) és nitrid(ek) jönnek szóba.

Ha a reakciórendszerben mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot és/vagy rezet és/vagy bronzot és/vagy öntöttvasat használunk, célszerű azt rozsdamentes acélból készült tartályban elhelyezni, bár a tartály állhat kerámia, fém, üvegszerű és polimerizált anyagok közül legalább egyből vagy ezek valamilyen keverékéből. Különösen előnyös az alumínium-trioxid vagy szilícium-karbid felhasználása erre a célra.

A behatolást elősegítő atmoszférát célszerűen levegővel, oxigénnel vagy nitrogénnel, adott esetben oxigén és nitrogén keverékével hozzuk létre.

Az eljárás feltételei szempontjából különösen előnyös, ha a töltőanyagot, az adott esetben jelen levő előmintát valamint a mátrixképző fém alapanyagot az utóbbi olvadáspontját meghaladó, de a belőle létrejövő fémes mátrix forráspontja és a permeábilis töltőanyag olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten tartjuk, ennél a megoldásnál célszerűen töltőanyagként alumínium- trioxidból, szilícium-karbidból, cirkónium-nitridből, titánnitridből, bór-karbidból álló vagy ezeket tetszőleges arányban tartalmazó keveréket alkalmazunk.

A kapott golyóálló anyag szerkezeti jellemzőit hatékonyan tudjuk befolyásolni, ha a kerámia jellegű mátrixot elkészülte után irányított módon hűtjük.

Ugyancsak igen előnyös a találmány szerinti eljárásnak az a megvalósítása, amikor a reakciórendszert kívülről bór alapú üveggel és/vagy szilícium alapú üveggel és/vagy bór-trioxiddal zárjuk le és a lezáró anyagot a megnövelt hőmérséklet fenntartása során legalább részben megolvadt állapotban tartjuk.

A legjobb eredményeket a tapasztalat szerint a találmány szerinti eljárás megvalósításával akkor érjük el, ha a következő lehetőségek egyikét választjuk:

(1) mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot alkalmazunk, a töltőanyagot oxid(ok), karbid(ok), borid(ok) és nitrid(ek) közül legalább eggyel képezzük ki és célszerűen az alumíniumot mintegy 700 °C és mintegy 1000 °C közötti hőmérsékleten tartjuk;

(2) mátrixképző fém alapanyagként bronzot és/vagy rezet alkalmazunk, a töltőanyagot oxid(ok), karbid(ok), borid(ok) és nitrid(ek) közül legalább eggyel képezzük ki és célszerűen a bronzot és/vagy rezet mintegy 1050 °C és mintegy 1125 °C közötti hőmérsékleten tartjuk; vagy (3) mátrixképző fém alapanyagként öntöttvasat alkalmazunk, a töltőanyagot oxid(ok), karbid(ok), borid(ok) és nitrid(ek) közül legalább eggyel képezzük ki és célszerűen az öntöttvasat mintegy 1250 °C és mintegy 1400 °C közötti hőmérsékleten tartjuk.

Ugyancsak a kitűzött feladat megoldásaként golyóálló anyagot is kidolgoztunk, amely legalább két, egymástól eltérő összetételű összetevőt tartalmaz, és a találmány szerint egyik összetevője fém alapanyag, különösen réz, titán, vas, öntöttvas, bronz, alumínium, nikkel és acél közül legalább egy fém, különösen előnyösen alumínium, másik Összetevője a fém alapanyaggal átjárt, vele mátrixot alkotó töltőanyag, előnyösen alumínium—trioxid, magnézium—oxid, cirkónium—dioxid, szilícium-karbid, alumínium-dodekaborid, titán—diborid, titán-karbid és alumínium—nitrid közül legalább egy, különösen előnyösen alumí nium—trioxid és/vagy szilícium—karbid, ahol a töltőanyag a mátrixnak legalább 40, célszerűen legalább 68 és különösen célszerűen legalább 75 tf%—át alkotja.

A találmány szerinti golyóálló anyag igen jó fizikai jellemzőket mutat, ha fém alapanyaga alumínium, esetleg kis mértékben ötvözött alumínium, míg töltőanyagként magnézium-oxid, cirkónium-dioxid, szilícium-karbid, alumínium—dodekaborid, titán—diborid, titán—karbid és alumínium—nitrid közül legalább egyet tartalmaz.

Mielőtt a rajz ismertetésére és az anyag célszerű kiviteli alakjainak, illetve az eljárás néhány előnyös megvalósításának bemutatására áttérnénk, felsoroljuk a továbbiakban is alkalmazott kifejezések definícióját.

Az ötvözött oldal kifejezés az összetett mátrixú fémes anyagnak azt az oldalát jelenti, amely kezdetben volt a megolvadt mátrixképző 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 fémes alumíniumot, vagy ötvöző összetevőként túlnyomórészt alumíniumot tartalmazó olyan ugyancsak fémes 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 nem oxidáló gáz olyan gázt jelent, amely a javasolt eljárásban szükséges infiltrációs atmoszférát alapvetően alkotó gázban vagy gázkeverékben jelen van és ez vagy semleges gáz, vagy pedig olyan redukáló gázkeverék, amely a folyamat megemelt hőmérsékletének feltételei mellett a fém mátrixot alkotó anyaggal lényegében nem lép reakcióba. A nem oxidáló gáz mellett jelen levő egyéb, oxidáló hatású gázösszetevők mennyiségének elegendően kicsinek kell lennie ahhoz, hogy a megemelt hőmérséklet feltételei mellett a mátrixot alkotó fém oxidációja csak legfeljebb igen kis mértékben következzen be.

A nem oxidáló gáz olyan gázt jelent, amely a folyamathoz szükséges infiltrációs atmoszférát alapvetően alkotó gázban vagy gázkeverékben jelen van és ez vagy semleges gáz, vagy pedig olyan redukáló gázkeverék, amely a folyamat megemelt hőmérsékletének feltételei mellett a fém mátrixot alkotó anyaggal lényegében nem lép reakcióba. A nem oxidáló gáz mellett jelen levő egyéb, oxidáló hatású gázösszetevők mennyiségének elegendően kicsinek kell lennie ahhoz, hogy a megemelt hőmérséklet feltételei mellett a mátrixot alkotó fém oxidációja csak legfeljebb igen kis mértékben következzen be.

A gátló elem, gátló anyag olyan kialakítást jelöl, amely képes az előállítani kívánt megszilárdult szerkezetben a fémes mátrixot alkotó anyagnak folyékony halmazállapotában be következő vándorlása során ezt az elmozdulást erőteljesen korlátozó hatást kifejteni. Ez annyit jelent, hogy a gátló elem vagy anyag határfelületet jelöl ki, amely mögé az infiltrációs folyamatban résztvevő fém lényegében nem tud behatolni. A gátló elem vagy anyag létrehozható olyan anyagként, vegyületként, a szerkezet részelemeként vagy hasonlóként, amely a találmány szerinti eljárás feltételei között jelentős mértékben képes integritását megőrizni és egyúttal nem alakul át illékony anyaggá, illetve nem alkot ilyet, tehát a gátló anyag a megemelt hőmérséklet hatására sem gyengül meg annyira, hogy eredeti funkcióját ne tudja ellátni.

A gátló elem illetve gátló anyag fogalmába mindazon anyagok ugyancsak tartoznak, amelyeket a találmány szerinti eljárás foganatosításához szükséges magas hőmésékleten az infiltrációs folyamatban résztvevő fém nem tud nedvesíteni. Az ilyen, a fém általi nedvesítésre nem alkalmas anyag a megolvadt fémmel szemben igen alacsony szintű affinitást mutat és ezért a szerkezetben vándorló fém lényegében nem tud áthatolni az ilyen anyagból álló gátló elemen vagy gátló anyagon. A gátló elem kialakításának alapvető előnye az, hogy a vele előállított szerkezetnél végső megmunkálásra (csiszolásra) általában nincs szükség, a késztermék felületi minősége a felület jelentős részén viszonylag szigorú követelményeknek is képes megfelelni. A gátló elem, illetve gátló anyag számos esetben kialakítható porózus, vagy például lyukakkal áteresztővé tett, átvezetésre alkalmas szerkezetként, amely képes gázt a megolvadt fémhez vezetni .

A bronz, mint szokásos, olyan fémes anyagot jelent, • · ·· ····

- 16 amely lényegében rézben gazdag ötvözet. Ez tartalmazhat vasat, ónt, cinket, alumíniumot, szilíciumot, berilliumot, magnéziumot és/vagy ólmot. A találmány szerinti megoldásokban felhasznált bronzötvözetek tipikusan mintegy 90 tömeg%—bán rézből állnak, a szilícium részaránya 6 tömeg%, míg a vasé hozzávetőlegesen 3 tömeg%.

A maradvány szóval a kerámia típusú szerkezet fémes mátrixát alkotó mátrixképző fémes anyag eredeti, kiindulási tömegének azt a részét jelöljük, amely a fém mátrixú összetett szerkezetű golyóálló anyag 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 golyóálló anyaggal. Nyilvánvaló, hogy ez a maradvány a kiindulásin túlmenően egy vagy több további fémet szintén tartalmazhat.

Az öntöttvas a szakirodalomban öntöttvasként meghatározott vasötvözetek családját öleli fel, amelyeket szokásosan öntéssel dolgoznak fel és amelyek széntartalma 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 tartozónak tekintjük ezen felül azokat a réz alapú ötvözeteket és intermetallikus vegyületeket, amelyek a bronz fogalmával nem illethetők és amelyek összetételében a réz képviseli a túlnyomó hányadot.

A töltőanyag a jelen leírás értelmében egy vagy több »1 ; ♦ · · » ··’.:...:,. .*

- 17 összetevőből álló keveréket jelöl, amelynek anyagi összetétele olyan, hogy egy vagy több összetevője a megolvadt mátrixképző fém alapanyaggal reakcióba nem lép, abban lényegében nem oldható fel. A töltőanyag fizikai megjelenési formáját tekintve igen sokféle lehet, mint például finom— és durvaszemcsés por, pehelyszerű anyag, állhat 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, üreges 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 továbbiakban szóba kerülő forró lefedés kifejezés olyan műveletet jelent, amikor a legalább részben kialakult összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag egyik felületén (végénél) olyan anyagot helyezünk el, amely a mátrix fémes anyagával és/vagy a töltőanyaggal és/vagy egy további itt elhelyezett anyaggal exoterm reakcióba lép, amelynek célja olyan mennyiségű hő fejlesztése, hogy ezen a felületen (végen) a fém alapanyag, tehát a fém mátrix alapanyaga megolvadt állapotban maradjon, miközben a fém mátrix anyagának további része a hőmérséklet csökkenése miatt megszilárdul.

A impermeábilis falú tartály olyan lezárható edényt

- 18 jelöl, amelyben a szükséges reaktív jellegű atmoszféra kialakítható és fenntartható, amelybe a töltőanyag laza állapotban és/vagy formátestként, továbbá a megolvadt mátrixképző fém alapanyag és a lezárást biztosító térelem bejuttatható, és amely elegendő mértékben tömör anyagú ahhoz, hogy falán gáz vagy gőz halmazállapotú összetevők ne hatolhassanak át, tehát a környezeti atmoszféra és a reaktív atmoszféra között nyomáskülönbség biztosítható legyen.

Az infiltrációs atmoszféra azt a gáz halmazállapotú környezetet jelenti, amely a fém mátrix, az előminta (vagy töltőanyag) , a prekurzor anyag, és a gyorsító segédanyag közül legalább eggyel reakcióba lép és lehetővé teszi a fém mátrix alapanyagának felgyorsult bejuttatását a töltőanyagba, illetve az előmintába.

A gyorsító segédanyag olyan anyagot jelöl, amely elősegíti, megkönnyíti a fém mátrix fém alapanyagának behatolását a töltőanyag és/vagy az előminta által kitöltött térbe. A gyorsító segédanyag létrehozható az eljárás megvalósítása során is, például prekurzor anyag és az infiltrációs atmoszféra reakciójának eredményeként, amikor gáz alakú vegyületek, más reakciótermékek keletkeznek, illetve a prekurzor anyag és a töltőanyag vagy az előminta reakciójának következményeként. A gyorsító segédanyag beépíthető közvetlenül az előmintába, a mátrixot alkotó fémbe, vagy az infiltrációs atmoszférába és lényegében ugyanúgy hat, mint az a gyorsító segédanyag, amely megfelelő prekurzor és más készítmény közötti reakcióban alakult ki. A spontán infiltrációs (bejuttatási) folyamat során a gyorsító segédanyagot a töltőanyag egy részében, illetve az előminta egy

9 9-9 9 *· · ·

- 19 tartományában is el lehet rendezni, ami a spontán behatolást könnyíti meg.

A prekurzor anyag mind az infiltrációs folyamatban, mind pedig a gyorsító segédanyag előállítása során előfordulhat, amikoris olyan, a mátrix fémével, az előmintával, a töltőanyaggal és/vagy az infiltrációs atmoszférával összekapcsolódó anyagot jelent, amely megfelelő folyamatok révén gyorsító segédanyagot képez és így alkalmas arra, hogy a fém mátrixnak a töltőanyagba és/vagy az előmintába való behatolását megkönnyítő anyag keletkezhessen. A továbbiakban nem kívánunk elméleti fejtegetésekbe bocsátkozni, de úgy találtuk, hogy a prekurzor anyagokat olyan tulajdonságú vegyületként vagy kompozícióként kell megválasztani, amelyek képesek az infiltrációs atmoszférával és/vagy az előminta, illetve a töltőanyag és/vagy a mátrixképző fém alapanyag valamely összetevőjével reakcióba lépni és alkalmasak az ilyen reakció lezajlásának helyére való bejuttatásra, valamint innen történő elszállításra. A fém mátrixból, a prekurzor anyagból és az infiltrációs atmoszférából álló rendszerekben kívánatos, hogy a prekurzor anyag a mátrixot alkotó fém olvadáspontja alatti, de attól nem távoli, esetleg azt kis mértékben meghaladó hőmésékleten párologjon. Az ilyen párolgás következményeként a prekurzor anyag reakcióba léphet az infiltrációs atmoszféra gáz halmazállapotú összetevőivel, ezzel a töltőanyag vagy az előminta folyékony fém által való nedvesítését elősegítő gáz halmazállapotú vegyület jön létre. Egy másik lehetőség szerint a prekurzor anyag és az infiltrációs atmoszféra közötti reakció eredményeként szilárd vagy folyékony halmazállapotú vegyületek keletkeznek, amelyek szintén a megolvadt fém alapanyag nedvesítését segítik elő az ömlesztett töltőanyag, illetve az előminta szerkezetében. Egy még további lehetőség az, hogy a prekurzor anyag az előminta vagy az ömlesztett töltőanyag szerkezetének belsejében lép a megfelelő összetevőkkel reakcióba és ennek révén olyan szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú termékek keletkezésére vezető reakciók indulnak be, amelyek szintén elősegítik a töltőanyagnak vagy az előmintának a fém alapanyaggal való nedvesítését.

A fém alapanyag fogalma olyan tiszta fémet vagy fémötvözetet jelent, amely a találmány szerinti golyóálló anyag előállítására alkalmas, és a bejuttatás! folyamat előtt mátrixképző alapanyagot alkot, míg a bejuttatás után a golyóálló anyag szerkezetének vázát képezi. A fém alapanyag általában a lényegében tiszta fémet jelent, ahol a lényegében tiszta értelmezésébe a kereskedelmi forgalomban beszerezhető anyagok szokásos szennyezői ugyancsak beleértendők. Ha a fém alapanyag ötvözet, akkor az adott fém az ötvöző összetevőkhöz képest az anyag többségét alkotja, adott esetben olyan intermetallikus vegyület formájában, amelynek alapvető meghatározója éppen az a fém alapanyag.

A fém mátrixból, prekurzor anyagból és infiltrációs atmoszférából álló rendszert nevezhetjük spontán rendszernek is, ami mindazokat a kombinációkat jelenti, amelyekben létrejöhet a töltőanyag, illetve az előminta spontán infiltrációja. Az említett rendszereket jelölhetjük fém mátrix/prekurzor anyag/ /infiltrációs atmoszféra módon, törtjelek alkalmazásával. Az ilyen jelöléssel meghatározott rendszerekben feltételezésünk szerint spontán infiltrációs folyamat indítható meg, amelynek ···

- 21 eredményeként fémes alapanyag képes előminta anyagát vagy ömlesztett töltőanyag szerkezetét átjárni.

A fém mátrixú golyóálló anyag olyan két vagy több dimenzióban egymással kapcsolatban álló szerkezeti elemekből felépülő terméket jelent, amelynek vázát a fém alapanyagból álló mátrix jelöli ki és ez töltőanyagot vagy előmintát fogad magába. A fém alapanyag számos ötvöző összetevőt tartalmazhat, aminek révén az elkészült összetett szerkezetű golyóálló anyag mechanikai és más fizikai paraméterei széles körben kívánságnak megfelelően változtathatók.

A fém alapanyagtól eltérő fém olyan fémet jelent, amely a fém mátrix létrehozásához alkalmazott fémet legfeljebb kisebb mennyiségben tartalmazza, vagyis ha például a fém alapanyag alumínium és az eltérő fém nikkel, ez utóbbiban az alumínium csak kis mennyiségben fordulhat elő.

A nem reakcióba lépő edény olyan tartóelemet jelöl, amely töltőanyagot és/vagy előmintát fogad be, és a találmány szerinti eljárás megvalósítása során alkalmas a megolvadt fém alapanyag megtartására is, miközben ez utóbbival, az infiltrációs atmoszférával, a prekurzor anyaggal és a töltőanyaggal, illetve az előmintával nem lép oly módon reakcióba, hogy ezzel a spontán infiltrációs folyamat hatékonyságát lerontaná, ezzel a folyamattal szemben méregként viselkedne. Az edény lényegében olyan anyagú tartály, amelyből az infiltrációs folyamat eredményeként kapott termék lehűlés és megszilárdulás után viszonylag könnyen eltávolítható.

Az előminta vagy permeábilis szerkezetű előminta a töltőanyagból vagy hasonló jellegű anyagból álló olyan porózus szerkezetű testet jelöl, amelynek legalább egy határfelülete a fém alapanyag áteresztésére alkalmasan van kiképezve. Ezt a testet úgy kell létrehozni, hogy alakját a találmány szerinti eljárás megvalósításához szükséges feltételek között mindenkor, vagy legalábbis elegendő hosszú ideig megtartsa, nyers állapotban pedig legalább a mátrixot alkotó fém alapanyag behatolási folyamatának kezdetéig alaki integritását megőrizze. A töltőanyag szerkezetében elegendően nagy mértékű porozitást kell biztosítani ahhoz, hogy a mátrixot alkotó fém viszonylag könnyen behatolhasson az előminta belső szerkezetébe. Az előminta általában az előzőekben meghatározott töltőanyagból álló rendezett anyaghalmazt képez, amelyben a töltőanyag eloszlása lehet homogén vagy heterogén és amelynek anyagával szemben szorosabb megkötés nincs. Az előminta így állhat kerámia és/vagy fém szemcsékből, porokból, szálakból, fonalakból, pálcikákból, stb. és ezek kombinációjából. Az előminta készülhet egyetlen darabból, de összetehető több részből is.

A reakciórendszer olyan anyagok kombinációját jelenti, amelyek egymásra hatásával a kombináció környezetében vákuum (nyomáshiányos tér) jön létre és így a mátrixképző fém behatolhat 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 . .·· ♦· · • .·.··.· · • · ♦♦·· · · «

- 23 így a létrejövő vákuum hatására elősegítheti a mátrixképző fém behatolását a töltőanyagba (formatestbe).

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

A lezárás vagy lezáró elem olyan gázzáró felépítésű térelemet jelöl, amely a folyamat feltételei között alakul ki, attól függetlenül (külső lezárás), vagy magában a reakciórendszerben (belső lezárás) és amelynek révén a reakciórendszerhez szükséges reaktív atmoszféra a környező atmoszférától elválasztható. A lezárás vagy a lezáró elem összetételét tekintve a fémes mátrixtól külbönbözik.

A zárássegítő anyag olyan anyagi összetevőt jelöl, amely a mátrixképző fém és a környező atmoszféra és/vagy az impermeábilis falú tartály és/vagy töltőanyag (formatest) közötti reakció révén megkönnyíti a lezárás kialakulását. Ez az anyag a mátrixképző fémhez adagolható és jelenléte hozzájárulhat ahhoz, hogy a létrejövő összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia golyóálló anyag tulajdonságai a kívántak legyenek.

A spontán infiltráció fogalma azt a folyamatot kívánja jelölni, amelynek során a megolvadt fém alapanyag behatol a töltőanyag permeábilis szerkezetű masszájába vagy az előmintába, mégpedig külső nyomás vagy belülről, esetleg kívülről létrehozott vákuum alkalmazása nélkül.

A nedvesítőszer olyan anyagot jelöl, amelyet a mátrix·« képző 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 golyóálló anyag tulajdonságainak kialakulását, mivel például erősíti a mátrixképző fém és a töltőanyag közötti kötést.

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

1. ábra golyóálló anyag spontán infiltrációs folyamattal törté- nő előállítására szolgáló egy lehetséges elrendezés vázlatos keresztmetszete, a

2. ábra golyóálló anyag generált vákuumai (nyomáshiányos tér- rel) történő előállítására szolgáló egy lehetséges elrendezés vázlatos keresztmetszete, míg a

3. ábra golyóálló anyag generált vákuumai (nyomáshiányos tér- rel) történő előállításának leegyszerűsített technológiai folyamatábrája.

A jelen találmány értelmében mindenek előtt páncélzatok kialakítására alkalmas golyóálló anyagot állítunk elő, illetve a találmány ilyen anyag felépítésére vonatkozik. A javasolt golyóálló anyagok közös jellemzője, hogy bennük fémes fázisból álló mátrix igen nagy mennyiségű, legalább 40 tf% töltőanyagot fogad be.

A töltőanyag magas térfogati részarányával jellemzett golyóáló anyagok előállítására számos különböző eljárás szol♦·· gálhat a jelen találmány értelmében. Különösen alkalmas látszanak azonban azok az eljárások, amelyeknél vákuumos (nyomáshiányos teret) hozunk létre, illetve amelyeknél a spontán infiltrációs folyamatokat hasznosítjuk.

A találmány szerinti eljárás igen egyszerű elrendezésben valósítható meg, amelyre példát az 1. ábra mutat. Ebben az elrendezésben 2 töltőanyag vagy előminta, amelynek anyagáról a későbbiekben még szó lesz, a lejátszatandó reakcióval szemben semleges anyagú 1 tűzálló edényben helyezkedik el és felületére 3 fém alapanyag egy darabkáját tesszük. Az így előkészített elrendezést alkalmasan kiképzett kemencébe helyezzük, amelyben megemelt hőmérsékletet biztosítunk a spontán infiltrációs folyamat lejátszatásához.

Anélkül, hogy elméleti fejtegetésekbe kívánnánk bocsátkozni, az a meglátásunk, hogy prekurzor anyag akár a fém mátrix alapanyagával, akár a töltőanyaggal, illetve előmintával, akár pedig az infiltrációs atmoszférával kapcsolatban vihető be a folyamatba, amely prekurzor anyag gyorsító segédanyag létrejöttét biztosító reakcióba lép, és így lehetővé teszi, illetve megkönnyíti azt a folyamatot, amelynek révén a megolvadt fém alapanyag az ömlesztett töltőanyagot vagy az előminta anyagát spontán módon át tudja járni. Ezen túlmenően valószínűsíthető az is, hogy a prekurzor anyagnak akár bevitelkor, akár pedig a későbbi folyamatokban bekövetkező szállítás eredményeként olyan helyen kell jelen lennie, ahol a gyorsító segédanyagot létrehozó reakciója akár az infiltrációs atmoszférával, akár a töltőanyaggal, illetve előmintával, akár pedig a megolvadt fém alapanyaggal lehetővé válik. A fém alapanyagot, a prekurzor anyagot

és az infiltrációs atmoszférát tartalmazó rendszerek több megvalósításában kívánatos, hogy a prekurzor anyag a fém alapanyag olvadáspontjához közeli vagy azt esetleg kis mértékben meghaladó hőmérsékleten váljék illékonnyá. Ha az illékonyságot ennek megfelelően állítjuk be, akkor a következő lehetőségek adódnak: (1) az infiltrációt elősegítő prekurzor anyag reakcióba lép az infiltrációs atmoszférával és így olyan gáz halmazállapotú összetevő(k) keletkezéséhez vezető folyamat játszódik le, amely(ek) segítségével a töltőanyag, illetve előminta és a fém alapanyag közötti nedvesítés! feltételek az infiltráció szempontjából előnyösen változnak; (2) az infiltrációt elősegítő prekurzor anyag reakcióba lép az infiltrációs atmoszférával, a töltőanyag vagy az előminta térfogatának legalább egy részében szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú gyorsító segédanyaggá alakul át, amely a nedvesítés! feltételeket előnyösen változtatja; (3) az infiltrációt elősegítő prekurzor anyag a töltőanyag vagy az előminta által kitöltött térfogaton belül lezajlódó reakcióval szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú gyorsító segédanyaggá alakul át, amely a töltőanyag vagy előminta térfogatának legalább egy részében a nedvesítési feltételeket előnyösen befolyásolja. Az említett három folyamat egyidejűleg is felléphet.

Ha például az infiltrációs folyamatban szükséges gyorsító segédanyagot megfelelő reakció révén létrehozni képes prekurzor anyagot a megolvadt állapotú fém alapanyaggal az infiltrációs folyamatban egyszer vagy többször kapcsolatba hozzuk, a prekurzor anyag elpárolog és reakcióba lép akár a töltőanyaggal vagy előmintával, akár pedig az infiltrációs atmoszférával.

*: ?· :· ·’:· .· .:. ·. · · . ;

· ♦*· · · · · «

-27Természetesen, egyidejűleg mindkettővel is lejátszódhat a reakció. Ennek eredményeként keletkezhet olyan szilárd összetevő, amely az infiltrációs folyamat hőmérsékleti feltételei között stabil, a töltőanyag vagy az előminta térfogatának legalább egy részében lerakódik, például bevonatot képez. Az ilyen szilárd összetevő megjelenhet ugyancsak a töltőanyag vagy az előminta térfogatának legalább egy részében eloszló kiegészítő anyagként. A szilárd halmazállapotú gyorsító segédanyag a megolvadt fém alapanyaggal viszonylag könnyen reakcióba lép, például a forró olvadt fém képes a szilárd halmazállapotú gyorsító segédanyag redukálására és így a fém alapanyaggal kapcsoltan bevitt prekurzor anyag elpárolgásával, reakciójával kedvező feltételeket teremt a találmány szerinti eljárás lefolytatásához. Egyidejűleg több prekurzor anyag alkalmazása szintén előnyösnek tekinthető. Ilyenkor a szilárd halmazállapotú reakcióterméket eredményező prekurzor anyagot a töltőanyagba vagy az előmintába, esetleg az infiltrációs atmoszférába juttatjuk. Az infiltrációs folyamatot elősegítő gyorsító segédanyag folyamatos létrehozása ugyancsak lehetséges, amikoris a megolvadt fém alapanyag állandó kapcsolatban van a prekurzor anyaggal és így esetlegesen további gyorsító segédanyag(ok) jön(nek) létre, ami a spontán infiltrációs folyamatot elősegíti.

A spontán rendszert a gyorsító segédanyaggal akkor kell kiegészíteni, ha a spontán infiltrációs folyamat más feltételekkel nem vagy csak nehezen biztosítható. A gyorsító segédanyag bevihető mind (1) a fém alapanyagba, mind (2) a töltőanyagba vagy az előmintába, mégpedig akár (3) külső infiltrációs atmoszférából, akár (4) az előzőtől függetlenül vagy vele

egyidejűleg valamilyen külső forrásból. A bejuttatásnak ez a módja ugyan hasznos, de még előnyösebbnek tűnik, ha a gyorsító segédanyagot közvetlenül a töltőanyagba vagy előmintába és/vagy a fém alapanyagba juttatjuk. A spontán infiltrációs folyamat során a gyorsító segédanyagot a töltőanyag vagy előminta térfogatának legalább egy részébe kell bevinni.

A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módjában a prekurzor anyagot legalább részben az infiltrációs atmoszférával visszük reakcióba, amikoris a töltőanyag vagy előminta térfogatának legalább egy részében a fém alapanyaggal való átjáratáshoz szükséges kapcsolat fenntartása előtt vagy azzal párhuzamosan a gyorsító segédanyagot létrehozzuk. Ez például magnézium, mint gyorsító segédanyag és nitrogén, mint infiltrációs atmoszféra alkalmazása esetén azt jelenti, hogy magnézium—nitrid keletkezik, amely az előminta vagy a töltőanyag térfogatának legalább egy részében lerakódik.

A fém alapanyagból, mint mátrixképzőből, az infiltrációs folyamatot elősegítő gyorsító segédanyag kiindulását jelentő prekurzor anyagból és az infiltrációs atmoszférából álló rendszerek közül a legfontosabbak az alumínium alapfém mellett magnéziumot és nitrogént tartalmazó együttesek tűnnek. Az alumínium, mint mátrixképző megfelelően kiképzett tűzálló anyagú edényben helyezhető el, vagyis olyan anyagból készült tartályban, amely a megolvadt alumíniummal egyáltalában nem, vagy csak igen kis mértékben lép reakcióba és a töltőanyaggal szemben az infiltrációs folyamat megemelt hőmérsékletén ugyancsak lényegében semlegesen viselkedik. Ez a tűzálló anyagú edény kemencébe helyezve megfelelő környezetet teremt az infiltrációs folyamat végrehajtásához.

A prekurzor anyag alkalmazása helyett sok esetben célszerűbb, ha a gyorsító segédanyagot közvetlenül a töltőanyagba vagy előmintába, a fém alapanyagba és/vagy az infiltrációs atmoszférába juttatjuk. A spontán infiltrációs folyamat időtartamának legalább egy szakaszában előnyös lehet a gyorsító segédanyagot elsősorban az előmintával vagy a töltőanyaggal összekapcsolni .

A találmány szerinti eljárás foganatosításához szükséges feltételek között az előmintának vagy a töltőanyagnak elegendően permeábilisnak (áteresztő szerkezetűnek) kell lennie ahhoz, hogy az infiltrációs atmoszférát alkotó gázokat, különösen a nitrogént átengedje és lehetővé tegye ezen gázok és a fém alapanyag közötti érintkezést. Az előbb említett, alumíniumot és magnéziumot tartalmazó rendszereknél az infiltrációs atmoszféra általában nitrogén, amely így az infiltrációs folyamat legalább egy szakaszában az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag képződésében fontos szerepet játszik. A töltőanyag vagy előminta permeábilis szerkezete a fém alapanyag olvadékával szemben is kis ellenállást mutat, így a nitrogénnel átjárt előmintában az infiltrációs folyamat spontán módon tud lejátszódni, aminek eredményeként összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag jön létre, illetve a nitrogén reakcióba tud lépni a prekurzor anyaggal, aminek következménye a spontán infiltrációs folyamatot elősegítő gyorsító segédanyag létrejötte. A spontán infiltrációs folyamat mértéke és az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag kialakulásának feltételeit mindig az alkalmazott anyagok, fizikai paraméterek határozzák meg, ide értve az alumínium fém alapanyag magnéziumtartalmát, a magnézium—nitrid mennyiségét az előmintában vagy a töltőanyagban, a további ötvöző összetevők (például szilícium, vas, réz, mangán, króm, cink, nikkel, stb.) minőségét és mennyiségét, a töltőanyag vagy előminta szemcsézettségi paramétereit (például a részecskék, szemcsék átlagos átmérőjét) a töltőanyag vagy előminta felületi minőségét, az infiltrációs atmoszféra nitrogénkoncentrációját, az infiltrációs folyamat időtartamát és az utóbbi során fenntartott hőmérsékletet. így alumínium fém alapanyag esetében a spontán infiltrációs folyamat lejátszódásához az alumíniumot célszerűen legalább 1 tömeg%, de inkább mintegy legalább 3 tömeg% magnéziummal ötvözzük, ahol a magnézium a spontán infiltrációs folyamat feltételei között gyorsító segédanyagként van jelen. A fém alapanyagba bevitt további ötvöző összetevők, például az előzőekben felsorolt fémek kisegítő jelleggel a végtermék egy—egy előre meghatározott tulajdonságának pontos beállítására szolgálnak. Ezek az ötvöző összetevők jelenlétük révén a spontán infiltrációs folyamat lejátszódásához szükséges magnézium alsó mennyiségi határának emelkedését okozhatják. A spontán rendszerekben az infiltrációs folyamat menetében általában nem alakulnak ki olyan feltételek, amelyek között a magnézium elpárologna, mennyisége a gyorsító segédanyag szerepének eljátszásához szükséges alsó határ alá süllyedne. Célszerű ezért olyan ötvözetből kiindulni, amelynek összetétele a spontán infiltrációs folyamat lejátszódását oly módon biztosítja, hogy a folyamat közben bekövetkező párolgás a fém fogyása miatt kedvezőtlen hatásokkal nem jár. A magnézium jelenléte az előmintában (vagy a töltőanyagban) és a fém alapanyagban, de közülük legalább egyben biztosíthatja azokat a feltételeket, amikor a magnézium mennyiségének változása nem okozza a spontán infiltrációs folyamat mértékének csökkenését.

Az infiltrációs atmoszférában levő nitrogén részaránya szintén fontos tényezője lehet a kapott végtermék minőségének. Ha az infiltrációs atmoszférában a nitrogén legfeljebb 10 tf% arányban van jelen, a spontán infiltrációs folyamat üteme általában igen lassú. A tapasztalat szerint célszerű az infiltrációs atmoszféra legalább 50 tf%—os nitrogéntartalmát biztosítani, így az infiltráció ideje lecsökken, üteme felgyorsul. Az infiltrációs atmoszféra (például nitrogéntartalmú gáz) közvetlenül beadagolható a töltőanyagba, illetve előmintába vagy a fém alapanyagba, de olyan feltételek is teremthetők, amikor az infiltrációs atmoszféra keletkezése valamely anyag felbomlásának következménye.

A spontán infiltrációs folyamatban a töltőanyagnak vagy előmintának a fém alapanyaggal történő átjáratásához alumínium mint fém alapanyag esetében általában szükség van magnéziumra. A magnézium minimális mennyisége több tényezőtől függ, így a megmunkálás hőmérsékletétől és időtartamától, a kisegítő ötvöző összetevők, különösen szilícium és cink jelenlététől, a töltőanyag anyagi minőségétől és felépítésétől, a magnézium bevezetésének módjától (vagyis attól, hogy a magnéziumot hol helyezzük el) , az infiltrációs atmoszféra nitrogéntartalmától és az atmoszférát alkotó gáz térfogati áramától. Mind az infiltrációs folyamat hőmérséklete, mind pedig időtartama lecsökkenthető, miközben az infiltráció teljes mértékben lejátszódik, ha az ötvözet és/vagy az előminta (töltőanyag) magnéziumtartalmát nö• ·’*··· ·~ • · · ·* -* ·

......:.

- 32 véljük. Egy meghatározott magnéziumtartalom mellett egyes kisegítő ötvöző összetevők bevitele a folyamatba szintén a hőmérséklet lecsökkentését teszi lehetővé; ilyen egyebek között a cink. Ha a fém alapanyag magnéziumtartalma a javasolt tartomány alsó határához áll közel, például 1-3 tömeg% értékű, a következő tényezők segíthetik elő a spontán infiltrációs folyamat lejátszódását: a minimumot meghaladó megmunkálási hőmérséklet, nagy nitrogénkoncentrációjú infiltrációs atmoszféra, egy vagy több kisegítő ötvöző összetevő bevitele a folyamatba. Ha az előminta nem tartalmaz magnéziumot, a 3 - 5 tömeg% magnéziumtartalmú ötvözött alumíniumot javasoljuk fém alapanyagként, amivel az infiltrációs folyamat feltételeit meghatározó paraméterek széles értéktartománya válik hozzáférhetővé, illetve az 5 tömeg%—nál nagyobb magnéziumtartalmú ötvözeteknél a hőmérséklet és az időtartam lecsökkenthető. A 10 tömeg%—nál nagyobb magnéziumtartalmú alumíniumötvözetek abból a szempontból előnyösek, hogy a spontán infiltrációs folyamat hőmérsékleti feltételei különösen kedvezőek. A magnéziumtartalom csökkenthető, ha meghatározott ötvöző összetevőket használunk. Mivel ezek az összetevők csak kisegítő funkciót látnak el, a minimális magnéziumtartalom biztosítását mindenképpen szükségesnek tartjuk. Ha például névlegesen tiszta alumíniumot 10 tömeg% szilíciummal ötvöztünk, a próbálkozás sikertelen maradt: 1000 °C hőmérsékletet biztosítva ilyen fém alapanyag mellett a spontán infiltrációs folyamat lényegében nem játszódott le (a fém alapanyagot átlagosan 0,017 mm szemcsenagyságú, 99 %—os tisztaságú szilícium—karbidból álló ágyra helyeztük, amely a Norton Co. 39 Crystolon jelű termékéből készült). Ha azonban a magnéziumot lega···· ···«

- 33 lább a minimális mennyiségben visszük be a folyamatba, a szilícium a spontán infiltrációs folyamatot kedvezően elősegítő segédanyagnak bizonyul. A magnézium mennyisége akkor is jól szabályozható paraméter marad, ha azt csak az előmintába vagy csak a töltőanyagba visszük be. Megállapítható volt, hogy a spontán infiltrációs folyamat kisebb magnéziumtartalom mellett szintén lezajlik, ha a magnéziumot legalább részben az előminta vagy a töltőanyag térfogatában keverjük el. A magnézium csökkentése azért lehet kívánatos, mert így a folyamat eredményeként kapott összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagban az egyébként előnytelen tulajdonságok hordozóját jelentő intermetallikus vegyületek mennyisége csökken. Az előmintát szilícium-karbidból létrehozva kitűnt, hogy lényegében tiszta nitrogénatmoszférát biztosítva az előmintába elegendő mintegy 1 tömeg% magnéziumot bejuttatni. Ilyen feltételek mellett a spontán infiltrációs folyamat zavartalanul lezajlik. Ha az előmintát alumínium—trioxidból hozzuk létre, valamennyivel nagyobb mennyiségű magnéziumot kell a spontán infiltráció biztosításához a folyamatba vinni. Ha tehát az előminta vagy a töltőanyag lényegében alumínium—trioxidból áll, a fém alapanyag alumínium, mintegy 3 tömeg% magnéziumot kell a rendszerbe bejuttatni ahhoz, hogy a szilícium—karbidból álló előminta alkalmazásánál a fentiek szerint biztosított feltételek mellett a spontán infiltrációs folyamat lejátszódjék, ha nitrogén atmoszférát tartottunk fenn.

Az infiltrációs folyamat közegébe az eddigieknek megfelelően a folyamatot elősegítő gyorsító segédanyagot, illetve a segédanyag létrejöttét megfelelő reakcióval biztosító prekurzor anyagot is lehet adagolni. A legalább egy összetevőből álló gyorsító segédanyagot prekurzor anyaggal együtt vagy anélkül, illetve szükség szerint csak a prekurzor anyagot az előminta, illetve a töltőanyag felületén, szükség szerint térfogatának egy részében vagy egészében eloszlatva visszük a folyamatba. Ez annyit jelent, hogy nem feltétlenül szükséges az említett anyagok jelenlétét a töltőanyag vagy előminta és a megolvadt fém alapanyag érintkezése során biztosítani, vagy a fém alapanyagba ötvöző összetevőként bejuttatni, követhető a legegyszerűbb megoldás, tehát a töltőanyag kiegészítése. Az alumíniumból és magnéziumból álló, nitrogénatmoszférával létrehozott spontán rendszerekben a magnéziumot felvihetjük a fém alapanyag (alumínium) felületére, s ezt a felületet a töltőanyag tömegével kapcsolódóan vagy ahhoz a lehető legközelebb rendezzük el. Ennek a megoldásnak a fordítottja is előnyös, amikor a magnézium a töltőanyag (előminta) felületével kapcsolódik. A felületi alkalmazás mellett célszerűnek bizonyult a segédanyag bevitele az előminta vagy a töltőanyag térfogatába. Amikor az egy vagy több gyorsító segédanyagot és/vagy az egy vagy több prekurzor anyagot használjuk, a magnézium mennyisége lecsökkenthető, egyidejűleg az alumíniumnak az előmintába való behatolása kedvező feltételek között zajlik, nincs szükség nagyobb mértékben megemelt hőmérsékletekre. További előny, hogy a magnézium jelenléte miatt keletkező intermetallikus vegyületek mennyisége lecsökken.

Ha egy vagy több kiegészítő ötvöző összetevőt használunk, és az infiltrációs atmoszférában a nitrogén koncentrációját célszerűen választjuk meg, a nitridképződés folyamata jól kézbentartható. Ha tehát például alumíniumhoz ötvöző összetevő ként vasat és/vagy cinket adagolunk, ezzel az infiltrációs folyamat hőmérséklete lecsökkenthető, ami a nitridképződés intenzitását korlátozza, és így a nitrogénkoncentráció növekedése szükség szerint kihasználható a nitridek intenzívebb képződését biztosító feltételek létrehozásához.

Egy meghatározott hőmérsékleten az infiltrációs folyamat mértékét az ötvözetbe vitt, a fém alapanyag felületén elrendezett, a töltőanyag vagy az előminta szerkezetével kapcsolatba hozott magnéziummal jelentős mértékben lehet befolyásolni. Ha például az előminta vagy a töltőanyag lényegében nem tartalmaz magnéziumot, előnyösen az ötvözetbe (fém alapanyagba) mintegy 3 tömeg% magnéziumot viszünk be. Ha a magnézium mennyisége ennél a határnál kisebb, például 1 tömeg% körül van, akkor az infiltrációs folyamat hőmérsékletét az előző feltételek mellett választotthoz képest magasabbra kell választani, és/vagy megfelelő ötvöző összetevőt kell a fém alapanyagba vinni. A spontán infiltrációs folyamatot biztosító hőmérséklet viszonylag alacsonyan tartható, ha (1) az ötvözet (fém alapanyag) magnéziumtartalma növelhető, például 5 tömeg%-ig, (2) az ötvöző összetevőket mindenek előtt a töltőanyag vagy az előminta permeábilis szerkezetébe keverjük, továbbá (3) az alumíniumötvözetet további ötvöző összetevőkkel, mindenek előtt szilíciummal és/vagy cinkkel egészítjük ki. Az említett három lehetőséget egyidejűleg is ki lehet használni. A hőmérséklet szintén a töltőanyagtól függő mértékben változtatható. Általában alumínium fém alapanyagot és gyorsító segédanyagként magnéziumot választva, a spontán rendszerhez nitrogénatmoszférát biztosítva az infiltrációs folyamat végrehajtásához minimálisan 675 °C hőmérsékletre van szükség. Célszerűen a folyamat hőmérséklete 750 — 800 °C. Ha a hőmérséklet 1200 °C fölé emelkedik, ezzel általában nem lehet a folyamatot előnyösen befolyásolni, a tapasztalat egyértelműen a 675 - 1000 °C hőmérsékletek előnyös voltát bizonyítja. Általános szabályként megállapítható, hogy a spontán infiltrációs folyamat hőmérséklete a fém alapanyag olvadáspontját meghaladó, de ugyanezen anyag forráspontja alatt maradó hőmérsékletet jelent. Ezen túlmenően nyilvánvaló az is, hogy a töltőanyagnak (előmintának) meg kell őriznie szerkezeti integritását, tehát a spontán infiltrációs folyamatot nem szabad a töltőanyag (előminta) olvadáspontja fölötti hőmérsékleten futtatni. A hőmérséklet megválasztásakor célszerű figyelembe venni, hogy a fém alapanyag és az infiltrációs atmoszféra összetevői közötti reakciók intenzitása, valószínűsége növekszik, vagyis alumíniumot, mint fém alapanyagot és infiltrációs atmoszféraként nitrogéntartalmú gázt használva az alumínium—nitrid hőmérséklettel növekvő mértékű keletkezésével kell számolni. Az infiltrációs atmoszféra és a fém alapanyag közötti reakciók kívánatos vagy nemkívánatos volta mindenek előtt az előállítani célzott összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag tulajdonságaitól függ. Az infiltrációs folyamat kívánt hőmérsékletét számos esetben villamos ellenállásfűtéssel érhetjük el, de az is nyilvánvaló, hogy a találmány szerinti eljárás foganatosítása szempontjából a fém alapanyag megolvasztásának módja másodlagos jelentőségű, mindössze azt a követelményt kell felállítani, hogy a megemelt hőmérsékletet a spontán rendszer tulajdonságait negatív módon nem befolyásoló eljárással érjük el.

A találmány szerinti eljárásban a permeábilis szerkezetű

töltőanyagot vagy előmintát kapcsolatba hozzuk megolvadt alumíniummal, miközben nitrogéntartalmú gázatmoszférát létesítünk. A gázatmoszféra például folyamatos gázáramként tartható fenn, és az így létrejött gázatmoszféra a töltőanyag (előminta) és a fém alapanyag közül legalább eggyel kapcsolatban van. Az atmoszférát alkotó gáz térfogatáramának nagysága lényegében nem különösen fontos, célszerűen azt úgy választjuk meg, hogy a nitridképződés miatt elfogyó nitrogén mennyiségét pótoljuk, de egyúttal kizárjuk levegő behatolását a rendszerbe, hiszen ez utóbbi oxigéntartalma miatt a fém alapanyag oxidációs reakciójával a találmány szerinti eljárás foganatosítását megnehezíti.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során a töltőanyagok széles osztályából választhatunk. A választás szempontjából alapvető tényezők között van a fém alapanyag összetétele, ötvözöttsége, az infiltrációs folyamat futtatásának kívánt feltételrendszere, a fém alapanyag és a töltőanyag egymással szembeni affinitása. Ugyancsak figyelembe kell venni az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag elérni kívánt jellemzőit. Ha a fém alapanyag alumínium, a töltőanyagok között van az alumínium, a magnézium és a cirkónium oxidja, a szilícium—karbid, az alumínium—dodekaborid, a titán—diborid, az alumínium—nitrid. Ezek a vegyületek keverékben is használhatók, de a kísérletek további oxidok, karbidok, boridok és nitridek alkalmazásának hasznosságát szintén bizonyították. Ha a töltőanyag hajlamos reakcióba lépni a megolvadt fém alapanyaggal, különösen alumíniummal, akkor az infiltráció idejének redukálásával kerüljük ki a reakció kedvezőtlen következményeit. Ez esetben kedvező hatású a hőmérséklet csökkenté-

sét lehetővé tevő feltételek biztosítása, vagy esetleg a töltőanyag részecskéin a fém alapanyaggal nem reakcióba lépő bevonat létesítése. A töltőanyag ez utóbbi esetben például szén vagy más nem kerámia jellegű szál, amelyen kerámia anyagú bevonat van az olvadt fém agresszív hatása elleni oltalom biztosítására. A kerámia bevonat készülhet megfelelő fém oxidjából, karbidjából, boridjából, nitridjéből. Különösen előnyösnek bizonyult az alumínium—trioxiddal, illetve a szilícium—karbiddal bevont részecskék, lemezkék, rudacskák és szálas anyagok alkalmazása. A szálak lehetnek folytonosak vagy vágottak, alkothatnak rendezett vagy rendezetlen (szövött vagy szövés nélkül gyártott) halmazokat is. Ugyanígy az előminta vagy töltőanyag térbeli folytonossága, homogenitása nem alapvető feltétel, lehetséges diszkontinuus vagy heterogén felépítésű előminták felhasználása.

A vizsgálatok azt bizonyították, hogy vannak olyan töltőanyagok, amelyek különböző előkészítési módok alkalmazása esetén azonos összetétel ellenére a spontán infiltrációs folyamat hatékonyságának eltérő mértékű befolyásolását teszik lehetővé. így például alumínium spontán infiltrációs folyamatával oxigénatmoszférában kapott, lényegében alumínium—trioxidból álló kerámia jellegű anyagot felaprítva olyan töltőanyagot nyerünk (ilyen anyag előállítására mutat kiviteli példát a 4 713 360 lsz. US szabadalmi leírás), amely a kereskedelemben hozzáférhető szemcsézett alumínium—trioxidhoz képest igen kedvező paramétereket mutat a találmány szerinti eljárás foganatosítása során. Ha ezt a kerámia jellegű anyagot szintén töltőanyaggal állítjuk elő, ugyancsak alkalmas töltőanyag nyerhető a jelen találmányban bemutatott eljárás foganatosításához, természetesen ez esetben a kerámia jellegű anyagot ugyancsak kívánatos mértékben fel kell aprítani.

A töltőanyag alakja, szemcsézettsége és anyagi minősége, továbbá térfogati részaránya — ugyanez vonatkozik az előmintára is — mindenkor az előállítani kívánt végtermék tulajdonságaitól függ. Általában szemcsézett anyagot használunk, amely pálcikaszerű elemekből, lemezkékből áll, de készülhet üreges gömb alakú, golyó formájú szemcsékből, továbbá hosszabb vagy rövidebb szálakat tartalmazó anyagokból. A különböző alakok közül a felhasználás jellegétől választhatunk, különös megkötés nincs. A töltőanyag részecskéinek méretei szintén másodlagos jelentőségűek, bár nagyobb hőmérsékletet és hosszabb időt kell biztosítani az infiltrációs folyamathoz, ha finomszemcsés töltőanyagot választunk, ahhoz képest, amit a nagyobb szemcséknél általában biztosítani kell. Itt az összetétel szintén szerephez juthat. A különböző anyagokkal végzett vizsgálatok azt tanúsították, hogy a találmány szerinti eljárás foganatosítása során az átlagosan 0,001 - 1,1 mm méretű szemcsékből álló anyagok különösen jól használhatók és ebben a tartományban is kiemelkedően jó eredmények érhetők el, ha a szemcsézettség a 0,002 - 1,0 mm tartományba esik. A töltőanyagot (az előmintát) olyan mértékben tömörített ömlesztett halmazban vagy testként kell létrehozni, hogy a fém alapanyaggal szemben permeábilis szerkezetet alkosson. Ez annyit jelent, hogy a töltőanyagban, illetve az előmintában bizonyos mennyiségű, egymással kapcsolódó pórusnak kell lennie, aminek révén a megolvadt fém és/vagy az infiltrációs atmoszférából származó gázok a szerkezetbe be tudnak hatolni. A ·*··

- 40 töltőanyag részecskéinek méreteit (átlagos átmérőjét), geometriai alakját és anyagi minőségét megfelelően választva a találmány szerinti folyamatban képzett fém alapanyagú mátrixszal a kívánt alkalmazási területnek megfelelő tulajdonságokkal jellemzett termék nyerhető. Ha például az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag kopásállóságát kell növelni, aminek egyik módja megnövelt nagyságú részecskéket tartalmazó előminta alkalmazása, különösen, ha ez az anyag kopásállóságát tekintve jobb jellemzőket mutat, mint a fém alapanyag. A töltőanyag nagyobb részecskéinek alkalmazásával azonban a kapott termék szilárdsága, merevsége kedvezőtlen irányban változhat. A töltőanyag térfogati részarányának növekedésével az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagra jellemző hőtágulási tényező csökkenthető, ha a töltőanyag (előminta) a fém alapanyagnál kisebb hőtágulási tényezőt mutat. A töltőanyag részarányától, előkészítésének módjától függően (vagyis hogy laza szerkezetű ömlesztett halmazként vagy tömörebb szerkezetű előmintaként használjuk) a kapott termék mechanikai és más fizikai jellemzői (sűrűség, hőtágulási tényező, rugalmassági modulusok és más hasonló szilárdsági mutatók, stb.) az igényeket figyelembe véve megfelelően széles határok között szabályozott módon állíthatók be. Ha például a fém alapanyagnál nagyobb sűrűségű töltőanyagot választunk, ezt viszonylag tömör szerkezetű masszává vagy elŐmintává alakítjuk, a töltőanyagnak a javasolt nagyobb térfogati részaránya mellett elérhető, hogy az előállított összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag sűrűsége a kiindulási fém alapanyagénál nagyobb lesz. A jelen találmány szerinti eljárás megvalósítása során a leírásban foglalt információkat • · · · · • · · · · · ·«· ·· ···· ···» ·4·

- 41 felhasználva belátható, hogy a töltőanyagot, illetve az előmintát a folyamattal előállított összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyaggal kitöltött térfogatba széles határok között változó részaránnyal építhető be. A töltőanyag térfogati részarányának alsó határát lényegében az határozza meg, hogy mennyire van szükség porózus szerkezet létrehozásához. A javasolt golyóálló anyagnál a legalább 40 tf%-os alsó határ a porozitásnak általában szintén határt szab, hiszen nagy mérvű porozitáshoz a tapasztalat szerint mintegy 10 tf% töltőanyagot kell csak beépíteni. A felső határ alapvetően attól függ, hogy mi az a fémmennyiség, amire szükség van viszonylag nagy sűrűségű golyóálló anyag kialakításához. Ez általában 95 tf%-os felső határt jelöl ki. így tehát az előzőek alapján a kívánt ballisztikus tulajdonságoknak megfelelő golyóálló anyag állítható elő.

A találmány szerinti, összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag előállítására szolgáló eljárás nem feltétlenül igényli nyomás alkalmazását ahhoz, hogy a fém megolvadt állapotban az előmintába vagy a töltőanyag szerkezetébe behatolhasson. Lényegében egyenletes tulajdonságokat mutató összetett szerkezetű golyóálló anyagok készíthetők, amelyekben a töltőanyag térfogati részaránya nagy, viszont a porozitás viszonylag kicsi. A töltőanyagok nagyobb térfogati részarányai biztosíthatók, ha a folyamat kezdetekor a porozitás kisebb szintű volt. A töltőanyag tömörítésével vagy sűrűségének más módon történő növelésével a kapott termékben a töltőanyag térfogati részaránya növelhető, de ennek feltétele, hogy ne alakuljon ki olyan tömören zárt szerkezet, amelybe a megolvadt fém alapanyag nem tud behatolni. A vibrációs tömörítés, a szemcsézettségi osztályozás • ·*·· ·« ·· » ·· .······ .:. ·.*· .·.

- 42 módszereit felhasználva a töltőanyag részaránya 60 - 80 tf% értékig különösebb probléma nélkül növelhető. Adott esetben ennél nagyobb térfogati részarányok szintén elérhetők. A 40 - 50 tf% részarányok igen jól illeszthetők a találmány szerinti eljárást megvalósító technológiákba. Ezeknél a térfogati részarányoknál a javasolt eljárással kapott összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot a nagy alakhűség jellemzi, ami megkönnyíti az esetleges későbbi megmunkálást, mégpedig a hőkezeléses eljárásokat. Természetesen ennél nagyobb térfogati arányok szintén jól biztosíthatóak, de ekkor a hőkezeléses eljárások esetleg nem hozzák a szilárdsági paraméterek kívánt változását. A hőkezelés mint olyan alkalmas lehet arra is, hogy a töltőanyag térfogati részarányát kisebb mértékben csökkentsük.

Az infiltrációs folyamat elemzése azt mutatja, hogy alumínium fém alapanyagot és kerámia jellegű töltőanyagot használva az utóbbinak a megolvadt alumínium által történő nedvesítése fontos szerephez jut. Ez más fém alapanyagok esetén is igaz. A töltőanyag és a fém alapanyag között a megfelelő nedvesítési feltételeket biztosítva elérhető, hogy a töltőanyag egyenletesen oszoljon el a létrejött összetett szerkezetű fém mátrixú test térfogatában és egyúttal a fémmel való kötődése nagy szilárdságú legyen. Ha a megmunkálás hőmérsékletét sikerül alacsonyan tartani, a fém nitridálásának folyamata korlátos vagy elhanyagolható mértékű marad, ezért a fém alapanyagból képződött mátrixban a fém nitridje csak kis mennyiségben van jelen. Ezzel szemben viszont ha a megmunkálást a megengedhető legnagyobb hőmérséklet közelében folytatjuk le, a fém nitridjének képződése sokkal nagyobb valószínűséggel következik be. Ezért a megmunká- 43 lás hőmérsékletének szabályozásával az infiltrációs folyamatban a nitridképződés sebessége és mértéke jól kézben tartható. Ebben a vonatkozásban egyéb tényezők is említésre méltóak, például a hőmérséklet adott értéke mellett további finomítás érhető el, ha a fém alapanyag és a töltőanyag egymáshoz viszonyított térfogati arányát, a fém alapanyag anyagi minőségét, az infiltrációs atmoszféra összetételét a körülményeknek megfelelően állítjuk be. Az alumínium fém alapanyag és infiltrációs atmoszféraként nitrogéntartalmú gáz alkalmazásával szerzett tapasztalatok arra utalnak, hogy az alumínium az infiltrációs atmoszférában levő nitrogén koncentrációjának növekedésével csökkenő mértékben képes a kerámia töltőanyagokat nedvesíteni, illetve ilyen feltételek között az alumínium—nitrid képződésének intenzitása növekszik.

Az előzőekben elmondottakból következik, hogy az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag képződésének folyamatában a fém alapanyagból létrejövő mátrix összetételét, állapotát szabályozva lehetőség nyílik a végtermék meghatározott tulajdonságainak beállítására. A szabályozás egyik célja lehet például a nitridképződés befolyásolása. Az alumínium—nitrid fázist tartalmazó golyóálló anyagok előnyösek lehetnek egyes tulajdonságaikat tekintve, illetve a belőlük készült termékek használati jellemzői kedvezőek. Az alumínium jelenlétében lejátszódó spontán infiltrációs folyamathoz biztosítandó hőmérsékletek tartománya például a töltőanyagot figyelembevéve választható. Ha a töltőanyag alumínium—trioxid, az infiltrációs folyamat környezetében célszerűen 1000 °C alatti hőmérsékletű teret létesítünk, ha a létrejött golyóálló anyag tulajdonságai44 bán a nitridek jelenléte miatt egyébként romló nyújthatóság nagyobb értékére van igény. Az említett határnál nagyobb hőmérsékletek megvalósítása akkor célszerű, ha a nyújthatóság kevésbé lényeges, a merevség a kívánatosabb jellemző. Ha töltőanyagként szilícium-karbidot választunk, akár 1200 °C-nál nagyobb hőmérsékletek is választhatók, mivel az ehhez a töltőanyaghoz illeszkedő alumíniumötvözet kevésbé hajlamos nitridképződésre, mint az alumínium—trioxid töltőanyaghoz választható alumínium fém alapanyag.

A létrejött összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag hűtésének üteme fontos tényezője lehet a fém mátrix kívánt tulajdonságait biztosító technológiai folyamatnak. A hűtés szabályozásával különösen a porozitás nagysága és a szerkezeti hibák jelenléte befolyásolható. A fémes mátrix irányított hűtése többféle módon történhet, például a fémes mátrixot tartalmazó tartályt hideg és külön hűtéssel további hőelvonásra alkalmassá tett felületre helyezzük, hőszigetelő anyaggal érintkeztetve a hűtés időtartamát megnyújtjuk, stb. A fémes mátrix tulajdonságainak változtatása tehát a termék előállítása után is bizonyos mértékig folytatható, például hőkezelés végrehajtásával, ami alkalmas a találmány szerinti eljárssal nyert összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag húzószilárdságának és egyes további mechanikai jellemzőinek javítására.

Amikor fém alapanyagként például 520.0 jelű alumíniumötvözetet használunk, a kapott termék hőkezelése általában mintegy 430 °C—ra való felmelegítést jelent, majd ezt a hőmérsékletet 18 — 20 órán keresztül tartjuk. A fémes mátrixot ezt követően forrásban levő vízbe helyezzük, mégpedig mintegy 20 másod99

- 45 percen keresztül tartjuk ennek 100 °C hőmérsékletű környezetében. Ezzel a kapott anyagnak a dinamikus, hirtelen jövő, nagy intenzitású rugalmas igénybevételekkel szembeni ellenállóképességét, ütőszilárdságát lehet javítani.

A fém mátrixot alkotó alapanyagot az infiltrációs folyamat helyétől elválasztott kiegészítő tartályba is helyezhetjük, amivel a töltőanyag tökéletes átjáratását szükséges fém utánpótlását lehet biztosítani. Egy további lehetőség szerint ebbe a vagy további kiegészítő tartályba olyan fém alapanyagot teszünk, amely a kiinduláskor alkalmazottól eltérő összetételű. Erre az intézkedésre több esetben lehet szükség. Ha például kiinduláskor első tartályként alumíniumötvözetet használunk, a kiegészítő tartályban bármilyen más olyan fémet elhelyezhetünk, amely az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag létrehozása során alkalmazott hőmérsékleten megolvadt állapotban tartható. A fémolvadékok általában egymással elegyíthetők, ez lehetővé teszi, hogy a tartályokban levő fémek egymással keveredjenek, ha megolvadt állapotukban az érintkezést elegendően hosszú ideig tartjuk fenn. így tartalékként a kiindulásitól eltérő összetételű fém alapanyagot használva a fémes mátrix tulajdonságai a találmány szerinti eljárás megvalósítása során akár rétegről rétegre lehet befolyásolni. Ezek a lehetőségek alapot teremtenek ahhoz, hogy különböző működtetési és alkalmazási feltételeknek eleget tevő összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagok, páncélzatok gyártásához készítsünk elő jól megválasztható technológiákat, a tulajdonságokat céltudatosan előre megtervezzük.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során elő• · ·

- 46 nyös lehet a spontán infiltrációs folyamatot befolyásoló gátló elemek, anyagrétegek alkalmazása. Ez a gátló anyag, elem minden olyan összetevőből készülhet, amely a megolvadt fém alapanyag részvételével zajló infiltrációs folyamatot késlelteti, azt fékezően befolyásolja, azzal interferál, lehetetlenné teszi vagy befejezi. Ez annyit jelent, hogy a gátló elem vagy anyagréteg a megolvadt fém alapanyagnak az általa kijelölt határfelület mögé történő mozgását gyakorlatilag kizárja. A gátló elemet vagy anyagréteget minden olyan anyagból, vegyületből, elemből vagy összetett készítményből előállíthatjuk, amely az infiltrációs folyamat feltételei között anyagi integritását megőrzi, nem párolog el és alkalmas az infiltrációs atmoszférát alkotó egy vagy több gáz átengedésére. Egyúttal azonban ez az anyag képes a kerámia töltőanyagnak általa meghatározott határfelületén olyan réteg létrehozására, amelyen a fém alapanyag a spontán infiltrációs folyamat alatt nem tud áthatolni, illetve áthatolása csak igen korlátos mértékű marad. A gátló anyagrétegeket a találmány szerinti eljárás foganatosítása során szükség szerint használjuk, az megőrizhető a kapott terméken annak hőkezelése alatt is.

A gátló anyagrétegeket, elemeket olyan anyagból készítjük, amelyet a fém alapanyag az infiltrációs folyamat során nem tud vagy csak igen kis mértékben képes nedvesíteni. Az ilyen jellegű gátló anyag a fémes mátrixot alkotó alapanyaggal szemben nagyon alacsony affinitást mutat, vagy esetleg teljesen közömbös marad azzal szemben, ami kizárja, hogy a fém alapanyag olvadéka a gátló elemen áthatolva a határfelület mögé hatoljon, így a töltőanyag, illetve az előminta csak a meghatározott ha- 47 tárfelületig telítődhet fel a fém alapanyaggal. A gátló anyagréteg alkalmazásának előnye, hogy a javasolt módon kapott összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag lényegében nem igényel további felületi megmunkálást. A gátló anyagréteg általában porózus vagy permeábilis szerkezetű, ha nem, akkor lyukasztással lehet benne gázokat átvezető járatokat kiképezni, ahol az infiltrációs atmoszférát alkotó összetevők rajta átáramolhatnak.

Ha a fém alapanyag alumínium, akkor a gátló anyagréteget szén alapú anyagból célszerű létrehozni, mégpedig a szén allotrop módosulatából, azaz grafitból. A grafit fontos tulajdonsága, hogy azt a megolvadt fémek többsége, különösen az alumínium az eddigiekben leírt feltételek mellett nem képes nedvesíteni. A kísérletek során a Unión Carbide cég által Grafoil név alatt forgalmazott grafitfóliát használtunk. Ennek előnye, hogy majdnem hermetikus zárást biztosít, hiszen az alumínium nem képes a fóliával kijelölt határfelületen keresztül a fólia mögé behatolni. Ennek a grafitfóliának igen jó a hőállósága, anyaga kémiailag semleges. Alkalmazását megkönnyíti flexibilitása, kompatibilitása, a folyamat különböző összetevőivel szembeni jó összeférhetősége. Rugalmassága igen jó. A tapasztalat szerint a különböző alakú gátló elemek, a folyamatot leállító anyagrétegek belőle egyszerű technológiákkal hozhatók létre. Kísérleteket végeztünk azonban ezen túlmenően szuszpenzió vagy zagy formájában eloszlatott grafit alkalmazásával is, amelyet nedves állapotban vittünk fel a kívánt felületre. Ezek és ugyanígy a vékony grafitrétegek szintén megfelelőnek bizonyultak. Az említett Grafoil nevű grafitfóliát azonban flexibilitása (alakítha-

tósága) teszi különösen hasznossá, mivel papírra emlékeztető kivitele miatt a töltőanyagot vagy az előmintát a kijelölt vagy az egész felületen vele könnyen körbe lehetett fogni.

Ha az infiltrációs folyamatot alumínium fém alapanyaggal és nitrogénnel mint infiltrációs atmoszférával hajtjuk végre, a gátló anyagréteget különösen előnyös a szén alapú anyagon kívül átmeneti fém boridjából, például titán-diboridból létrehozni. Ezeknek a boridoknak szintén jellemző tulajdonsága az, hogy a megolvadt alumínium nem nedvesíti őket, legalábbis az általunk javasolt feltételrendszerek többségénél. Kedvezőtlen jellemző azonban, hogy ilyen gátló anyagréteg alkalmazásakor a hőmérsékletet nem ajánlatos 875 °C fölé emelni, mivel ekkor az anyag hatásossága megszűnik, a kívánt gátló funkciót általában nem képes ellátni. A tapasztalat egyértelműen bizonyítja, hogy emelkedő hőmérséklettel az infiltrációs folyamat ilyen gátló anyagréteg mögött is a teljes térfogatban zajlik. A gátló anyagréteget alkotó részecskék szemcsenagysága szintén nem figyelmen kívül hagyható tényező. Az átmeneti fémek boridjait általában 0,001 - 0,030 mm nagyságú szemcsékként használjuk, amelyekből szuszpenzió vagy zagy megfelelő módon készíthető és így a permeábilis szerkezetű töltőanyag vagy az előminta határfelülete az ebből az anyagból álló gátló réteggel könnyen beborítható vagy a kívánt alakú gátló elem létrehozható.

Ha az infiltrációs atmoszféra alapvetően nitrogénből áll, a fém alapanyag alumínium, a gátló anyagrétegek más öszszetevőkből is létrehozhatók. Példaként említhetők a töltőanyag vagy az előminta kijelölt felületére vékony rétegként felvitt kis illékonyságú szerves vegyületek. Ezek a nitrogénatmoszférá- 49 bán történő hevítés során, vagyis a találmány szerinti eljárás megvalósításához szükséges feltételek között lebomlanak, helyükön vékony szénréteg marad vissza. Az ilyen kis illékonyságú szerves vegyületet tetszőleges ismert eljárással felvihetjük, például ecsettel, szórással, merítéssel, stb.

Nem a gátló anyagréteg fentiekben megadott funkcióját valósítja meg, de ilyen célra alkalmas a finomszemcsés töltőanyag alkalmazása is. Ennek oka az, hogy az egészen kis szemcsékből álló anyag jelentős mértékben képes lelassítani a spontán infiltrációs folyamat sebességét.

Az előzőekben elmondottakat összefoglalva megállapíthatjuk, hogy a gátló anyagréteg sokféle módon hozható létre. A lényeg az, hogy a folyamat feltételei között a gátló anyagréteg olyan részelemét képezze az elrendezésnek, amely egy határfelületet egyértelműen kijelöl. A gátló anyagréteget a legkülönbözőbb módokon lehet létrehozni, itt említhetjük a szórást, a merítést, az ecsettel vagy gőzöléssel való felvitelt. Mindebből következik, hogy a gátló anyag lehet nagy viszkozitású folyadék, szuszpenzió, paszta, készülhet elgőzölögtethető anyag porlasztásával vagy egyszerűen szilárd anyag (szemcsés anyag) rétegeként, esetleg külön filmként létrehozott anyagból álló bevonatként. A kijelölt határfelületre kerülő gátló anyagréteg jelenlétében a spontán infiltrációs folyamat csak a határfelületig zajlik a szokásos intenzitással, utána, vagyis amikor a fém alapanyag terjedése során elérte a gátló anyagréteget, a spontán infiltrációs folyamat leáll vagy üteme rendkívüli módon lelassul.

A találmány szerinti eljárás megvalósítása során az 2.

·«·* ·« ·· * * · · · · · * » · · • · · · · ábra szerinti tipikusnak tekinthető 30 elrendezést alkalmazunk. Ebben 31 töltőanyagot rendezünk el 32 impermeábilis falú tartályban, ahol a 31 töltőanyag adott esetben formatestként alakítható ki. Anyagát a továbbiakban még részletesen ismertetjük. A 32 impermeábilis falú tartály 33 mátrixképző fém és az ábrán külön nem jelölt reaktív atmoszféra befogadására alkalmas. A 31 töltőanyag kapcsolatba hozható a reaktív atmoszférával, amely például a 31 töltőanyag vagy formatest porózus járatait tölti ki, és az érintkezési idő megfelelő megválasztásával biztosítható, hogy a reaktív atmoszféra a 32 impermeábilis falú tartályon belül a 31 töltőanyagot részben vagy teljesen átjárja. A 33 mátrixképző fém a folyamat kezdetekor öntecsként van jelen, azt a 31 töltőanyaggal érintkezésbe hozzuk. Az 1B. ábrán látható elrendezéstől eltérő módon a továbbiakban még részletesen ismertetendő módon külső vagy belső 34 lezárást hozunk létre, például a szilárd vagy olvasztott állapotú 33 mátrixképző fém felületén és így a reaktív atmoszférát 37 környező atmoszférától elválasztjuk. A 34 lezárás kialakítható úgy, hogy akár szobahőmérsékleten is már a szükséges zárást biztosítja, de adott esetben elegendő, ha ezt a funkcióját csak a találmány szerinti eljárás megvalósításához szükséges hőmérséklet elérése után, vagyis a hőmérsékletnek a 33 mátrixképző fém olvadékállapotának eléréséhez szükséges emelése során, és a megemelt hőmérséklet fenntartása alatt látja el. A 30 elrendezést összeállítását követően kemencébe helyezzük, az eljárás szempontjából lényegtelen, hogy ez szobahőmérsékleten történik—e vagy behelyezés előtt a kemence hőmérsékletét a kívánt értékre emeljük. A találmány szerinti eljárás megvalósítása szempontjából lényeges, hogy a kemence a mátrixképző fém alapanyag olvadáspontja fölötti hőmérsékletet biztosítsa, mivel így az olvasztott állapotú 33 mátrixképző fém be tud hatolni a 31 töltőanyag vagy a formatest laza szerkezetébe, miközben vákuumos (nyomáshiányos) tér alakul ki.

A 3. 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 előállított összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag későbbi kinyerését. A tartályon kibélelésére más anyagok ugyancsak alkalmazhatók, mint például a felszórással bevitt bór-trioxid, de ezt a feladatot a 33 mátrixképző fémhez adagolt ón szintén ellátja, aminek révén a kapott összetett szerkezetű fémes mátrixú golyóálló anyagot viszonylag könnyen el lehet távolítani a tartályból vagy öntőedényből. 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 golyóálló anyagról a 33 mátrixképző fém maradványa viszonylag könnyen eltávolithatóvá válik, miután a 31 töltőanyagnak a 33 mátrixképző fémmel való átjáratását befe• ···« ·· ·· « ·· ······ • · · · · • · · · · · ··· ·· ···· ···· ···

- 52 jeztük.

A 32 impermeábilis falú tartály belső terébe a megolvasztott 33 mátrixképző fém, például alumínium, bronz, réz, öntöttvas, magnézium, stb. meghatározott, az előállítani kívánt termék által igényelt mennyiségét öntjük. Ehhez a tartályt szobahőmérsékleten tartjuk vagy tetszőleges hőmérsékletre előmelegítjük. A 33 mátrixképző fémet adott esetben eleve szilárd állapotban helyezhetjük a 32 impermeábilis falú tartályba, például öntecs formájában, majd a hőmérséklet emelésével biztosítjuk megolvasztását. A továbbiakban részletesen ismertetendő 34 lezárást a reakciórendszeren belül vagy kívül hozzuk létre. Ha például külső 34 lezárásra van szükség, a 32 impermeábilis falú tartályban levő 33 mátrixképző fém felületére üvegszerű anyagot, például bor—trioxidot viszünk fel. Ez az anyag külső zárórétegként működik, mivel a golyóálló anyag előállításának folyamatára jellemző hőmérsékleteken megolvad, ekkor üvegszerű rétegként a fémolvadék felületét részben vagy teljesen beborítja, a környezettől elválasztja. Ennek során nem mindig van szükség a felület egészének lezárására. Miután a megolvasztott 33 mátrixképző fém alapanyagot a 31 töltőanyaggal vagy a formatesttel kapcsolatba hozzuk, majd a 33 mátrixképző fémet és/vagy a 31 töltőanyagot a környező atmoszférától külső 34 lezárással elválasztottuk, a tartályt alkalmas felépítésű kemencébe helyezzük, amelyet szükség szerint a reakció hőmérsékletére előmelegítettünk. A reakcióhoz szükséges hőmérsékletet meghatározott ideig tartjuk, amivel a 31 töltőanyagnak (formatestnek) a 33 mátrixképzó fém olvadékával való átjáratásához szükséges feltételeket létrehozzuk. A kemence célszerűen olyan kialakítá-

- 53 sú — ez például ellenállásfűtésű kemencét jelent —, hogy a különböző 33 mátrixképző fémek megmunkálásához szükséges eltérő kijelölt hőmérsékleteket képes legyen biztosítani (így például több alumíniumötvözetnél a 950 ’C körüli, míg a bronzok egyes típusainál 1100 °C körüli hőmérséklet a kívánatos). A megfelelő megmunkálási hőmérséklet nyilvánvalóan a 33 mátrixképző fém olvadás- és forráspontjától, valamint más jellemzőitől függ, de megválasztásakor figyelembe kell venni a reakciórendszer további összetevőinek jellemzőit és a 34 lezárás módját, illetve eszközét. A kemence kijelölt megemelt hőmérsékletét kellő ideig fenntartva a 31 töltőanyagon vagy a formatesten belül vákuum (nyomáshiányos tér) jön létre (erre a problémára későbbiekben még visszatérünk) és ez elősegíti, illetve lehetővé teszi azt, hogy a 33 mátrixképző fém megolvadt állapotban a 31 töltőanyagot tartalmazó ömlesztett halmaz és/vagy a formatest permeábilis jellegű szerkezetét átjárhassa. A kijelölt megmunkálási idő eltelte után a tartályt szükség szerint kiemeljük a kemencéből, tartalmát hagyjuk lehűlni, de a hűtés irányított módon ugyancsak végrehajtható, például a 32 impermeábilis falú tartálynak hűtőlapra való helyezésével. Az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag ezt követően a 32 impermeábilis falú tartályból eltávolítható és ha van rajta a 33 mátrixképző fémből származó maradvány, az róla leválasztható.

Az 2. és a 3. 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

- 54 találmányunk tudományos megalapozásába kívánnánk bocsátkozni, úgy véljük, hogy amikor a 32 impermeábilis falú tartályban alkalmas 33 mátrixképző fém megolvadt állapotban a megfelelően választott 31 töltőanyaggal vagy formatesttel a kívánt összetételű reaktív atmoszféra jelenléte mellett 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 a permeábilis szerkezetű 31 töltőanyagon vagy a formatesten belül 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 ··»« ·· * · · ·

- 55 szerkezettel kell kialakítani, hogy őt a reaktív atmoszféra átjárhassa, üres tereit kitölthesse.

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, amelyeknél a 33 mátrixképző fém és a reaktív atmoszféra megválasztásával lehetővé válik a vákuumos környezet létrehozása. Különösen célszerűnek bizonyultak az alumíniummal, bronzzal, rézzel és öntöttvassal megvalósított reakciórendszerek, vagyis az alumínium/levegő, a réz/levegő, az alumínium/oxigén, az alumínium/nitrogén, a bronz/nitrogén, a réz/nitrogén, az öntöttvas/levegő és a bronz/levegő összetételű rendszerek. Nyilvánvaló azonban, hogy a találmány nem korlátozható csak ezekre az összeállításokra, hiszen számos egyéb fémes anyag különböző reaktív atmoszférákkal képes a megkívánt reakciófeltételek biztosítására.

Ahhoz, hogy a találmány szerinti eljárás megvalósítása során a vákuum (nyomáshiányos tér) létrejöhessen, szükség van a reaktív atmoszféra és a környező atmoszféra egymástól történő fizikai elválasztására, amikoris a reaktív atmoszférában csökkentett nyomás alakul ki és ezt a nyomáscsökkenést a környezetből esetleg beáramolni képes gázok csak kis mértékben tudják kiegyenlíteni. Erre a célra kiválóan megfelel a 32 impermeábilis falú tartály, amelynek méreteivel szemben kikötést nem teszünk, míg alakjára és anyagi összetételére vonatkozóan szintén lényegében csak a célszerűségi feltételek érvényesülnek. A tartály anyagát úgy határozhatjuk meg, hogy az lehet a 33 mátrix• ··»« ·· ·· · ·· ··«*·· • · · · · • · · · · · ··· ♦· ···· ···· ··*

- 56 képző 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 szerkezeti 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. Lényegében ez a tartály teremti meg annak lehetőségét, 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 biztosítható legyen és a a kialakult vákuum egyszerű eszközökkel fenntartható 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 különböző meg-

- 57 felelő anyagok között találjuk az öntött vagy olvasztott alumínium-trioxidot, a szilícium—karbidot, továbbá a 33 mátrixképző fémben kis mértékben vagy egyáltalában nem oldódó fémeket, például a rozsdamentes acélt, amely alumínium, réz és bronz 33 mátrixképző fém esetében különösen előnyös.

További lehetőségként adódik porózus anyagok alkalmazása, ha ezeket megfelelően záró tulajdonságú bevonattal tudjuk felületük legalább egy részén ellátni. Ilyen anyagúak például a kerámia készítmények, amelyek ismert módon tehetők impermeábilissá. Az ismert eljárások jelenthetik a különböző zománcok, mázak és szilárd zselék felvitelét, amelyek egyrészt bevonják a felületet, másrészt pedig behatolnak a pórusokba, eltömik azokat. Az impermeabilitást biztosító bevonat adott esetben a találmány szerinti eljárás megvalósításához szükséges 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 üvegszerű 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

I ··«· ·· • · · ·· · • « « · • · • ·

- 58 mátrixképző fém alapanyag a folyamat megemelt hőmérsékletén képes legyen a 31 töltőanyag vagy formatest szerkezetébe való behatolásra, akkor is, ha a 31 töltőanyagon belül vákuumos feltételek uralkodnak. A 33 mátrixképző fémet ennek megfelelően minden olyan fém, fémmel együtt a folyamatba vitt összetevő alkothatja, amely a reaktív atmoszférával az eljárás feltételei között reakcióba lép. Ez a reakció a 33 mátrixképző fém alapanyag teljes mennyiségét vagy annak csak egy részét elfogyasztja, aminek eredményeként az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag a 31 töltőanyag vagy a formatest szerkezetébe behatol, 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 33 mátrixképző fém alapanyag képes a 31 töltőanyag szerkezetét átjárni .

A 33 mátrixképző fém alapanyag igen előnyös változatai azok a fémek, amelyek a nedvesítés! folyamatot elősegítő összetevővel vannak ötvözve, aminek révén a 33 mátrixképző fém és a 31 töltőanyag között a kapcsolat létrejötte könnyebbé válik, a fémes mátrix és általában az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag porozitása csökken, a 31 töltőanyag teljes átjáratása rövidebb idő alatt biztosítható, stb. A nedvesítőszerrel kiegészített alapanyag adott esetben alkalmas ugyancsak a vákuumzárást biztosító folyamat beindítására, amikor a reaktív atmoszférát a környező atmoszférától elválaszt- • ···· ·· 99 · ·· ·«·««· ·····<

• · · · · · ·»<· *>· ··*· ·««« ··*

- 59 juk. Egy még további előnyös megvalósítási módnál a nedvesítőszer beépíthető a 31 töltőanyagba, akár mint további, a 33 mátrixképző fémben levő nedvesítőszer hatását kiegészítő összetevő, akár pedig egyedüli nedvesítőszerként.

A nedvesítőszer bevitele révén a 33 mátrixképző fém és a töltőanyag közötti folyamatokat elősegítő nedvesítés! jelenségek következnek be, ezek eredményeként javulnak a kapott 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 ezzel az utóbbi eloszlásának egyenletességét a kapott összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyagban javítani lehet, a 31 töltőanyag és a 33 mátrixképző fém részecskéi közötti kapcsolatot erősíteni tudjuk. 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 töltőanyag bevitele akár a 33 mátrixképző fémbe, akár a 31 töltőanyagba, mivel ennek segítségével a végtermékként kapott összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag tulajdonságai a kívánt irányban hatásosan befolyásolhatók.

Ha erre szükség van, a 33 mátrixképző fémből külön tartalékot lehet kiképezni, amivel a 31 töltőanyag térfogatának • ··«· ·· ·· · ·· *·«««· • · ♦ · 4 • * · · · · 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 jellegű golyóálló anyag tulajdonságainak szabályozására, illetve a golyóálló anyag 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 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. Általában viszont célszerűnek tűnik a 850 °C—t meghaladó, de 1000 ^eC alatt maradó hőmérsékletek biztosítása. Ha a 33 mátrixképző fém alapanyag bronz vagy réz, a tapasztalat a hozzávetőlegesen 1050 °C—tói mintegy 1125 °C-ig terjedő hőmérséklettartomány hasznosságát bizonyítja. Öntöttvasnál viszont ugyanez az értéktartomány hozzávetőlegesen 1250 °C—tói 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 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag létrehozási folyamatában alkalmazott paraméterekkel ugyancsak szabályozni lehet, hogy ezzel a golyóálló anyag végső jellemzőit megfelelő módon beállíthassuk. Egy adott reakciórendszerben a megmunkálás feltételei úgy befolyásolhatók, hogy például intermetallikus vegyületek, oxidok, nitridek szabályozott módon alakuljanak ki. A 31 töltőanyagnak az olvasztott 33 mátrixképző fémmel való átjáratása után a létrejött még forró összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag hűtési folyamatának befolyásolásával célszerűen lehet szabályozni a golyóálló anyag néhány további fizikai tulajdonságát, különösen porozitását. Az irányított hűtési folyamat számos esetben előnyös lehet, ilyenkor a már kialakult golyóálló anyagot tartalmazó tartályt hűtőlapra helyezzük vagy a hűtést úgy biztosítjuk, hogy a tartály felülete körül adott helyeken szigetelő elemeket helyezünk el. Néhány további fizikai jellemző, például a húzószilárdság kedvezően befolyásolható úgy is, hogy az elkészült összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyagot 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 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 megfelelő mennyiségű reaktív atmoszféra halmozódott fel a pórusokban, amikor mintegy 0,066 mm és 0,430 mm közötti átlagos szemcsézettségű frakciókból kialakított 31 töltőanyagot (formatestet) alkalmaztunk. Ennél a 31 töltőanyagnál (formatestnél) a reaktív atmoszféra teljes mennyisége vagy adott esetben csak szükséges részmennyisége vesz részt a reakciókban, a 33 mátrixképző fém és/vagy a 31 töltőanyag (formatest) és/vagy a 32 impermeábilis falú tartály összetevőihez kapcsolódik, 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 nem feltétlenül kell, hogy egyenletes legyen, bár a tapasztalat azt bizonyítja, hogy az egyenletes eloszlás hozzájárul az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag kívánt tulajdonságainak megbízható kialakításához.

A találmány szerinti eljárás megvalósításának előkészí tésekor az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag kialakításához a 31 töltőanyagok széles választéka áll rendelkezésre. Az, hogy végülis melyiket választjuk, függ a 33 mátrixképző fémtől, a megmunkálás feltételeitől, az olvadék állapotú 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 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag 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, esetleg 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 összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag tervezett tulajdonságainak megfelelően választjuk meg. így a frakciók állhatnak szemcsékből, pálcikákból, lemezkékből vagy szálakból, azzal a feltétellel, hogy a 33 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 az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag kívánt tulajdonságainak biztosítását. A különböző ipari ··«·

- 65 alkalmazások igényeit figyelembe véve a 31 töltőanyag gyakorlatilag minden felhasználáshoz célszerűen megválasztható. A végtermék tulajdonságai az előző lehetőségeken kívül 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 31 töltőanyaggal még az át járatás 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 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, így például reaktív atmoszféra létrehozható levegővel. Ilyenkor a mátrixképző fémet alkotó fém például alumínium, és a levegő közötti reakció több különböző reakcióterméket eredményez, mint alumínium—trioxid és alumínium—nitrid. A javasolt feltételek között ezek a reakciótermékek, vagy akárcsak egyetlen reakciótermék is kisebb helyet foglalnak el, mint a reakcióban résztvevő megolvadt alumínium és a levegő. Ezért 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 kapcsolatban levő 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 legalább annyi ideig tarthatók fenn, amennyire szükség van az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag kialaku67 lásához.

Adott esetben célszerű lehet olyan 34 lezárás vagy lezáró rendszer létrehozása, amellyel a környező atmoszférából a 31 töltőanyaghoz vagy a formatesthez irányuló gázáramlás korlátozható, vagyis a reakciórendszer tere a környező atmoszférától elválasztható, a reaktív atmoszférába a környező levegő nem juthat be. Az 2. 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 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 olvasz···· ·· • ·

- 68 tott 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 bór vagy szilícium alapú üvegekkel, bór—trioxiddal, olvasztott oxidokkal, stb.) vagy bármilyen olyan anyaggal lehet biztosítani, amely a találmány szerinti eljárás alapját jelentő reakció feltételei között képes a környező atmoszféra és a reaktív atmoszféra közötti gázáramlást esetleg lehetővé tevő közlekedési utak hatékony lezárására, illetve szűkítésére.

A külső zárás egy másik mechanikai lehetősége az, hogy a 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 impermeábi···· ·4 • · · ·

- 70 lis 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 uganis a 33 mátrixképző fém a környező atmoszférával reakcióba lép, olyan reakciótermékek keletkezhetnek (például alumínium—magnézium ötvözet levegővel való reakciója során magnézium—oxid és/vagy magnézium-aluminát spinell, míg levegővel reakcióba lépő bronz esetében réz—oxid), amelyek a reaktív atmoszféra és a környező atmoszféra közé beékelődve a gázáramlás közlekedési útjait lezárják. A 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

- 71 tudjon behatolni a 31 töltőanyag szerkezetébe és adott esetben ezen át a reaktív atmoszférába. Az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag átjárja a 31 töltőanyag laza szerkezetű ömlesztett halmazát vagy formatestté alakított permeábilis részét, 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 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 vándorlását lelassítani, akadályozni. A találmány szerinti eljárás szempontjából mindegy, hogy a gátlás kémiai vagy más, például fizikai folyamattal valósul meg. A gátló elem jól egészítheti ki a vákuum létrehozását, de ugyanúgy beépíthető a vákuumtömören lezárt 32 impermeábilis falú

X

- 72 tartály belső terébe. így a gátló elemmel az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag alaktartása könnyíthető meg.

A gátló elem alapanyagai között az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag, tehát a 33 mátrixképző fém alapanyag által nedvesíthető vagy nem nedvesíthető anyagok egyaránt 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 jellegű golyóálló anyag alaktartása biztosított legyen, az 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 allotróp 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 tulajdonsá-

ga az is, hogy hőállósága 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 különösen javasoljuk az említett GRAFOIL márkanevű grafitszalag alkalmazását. Ez papírszerű lemezt alkot, amellyel a 31 töltőanyag, illetve a formatest becsomagolható, és így a 33 mátrixképző fém alapanyaggal átjárható térfogat jól meghatározhatóvá, körbefoghatóvá 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 jellegű golyóálló anyagot 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 célra kiválasztott anyagból. Ilyen gátló anyagréteg felvihető fes·«· • « a · .

··· »· ··»,

- 74 téssel, 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 számos előnnyel jár. A találmány szerinti eljárás megvalósításakor az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag 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 amelybe a 31 töltőanyag beömleszthető és a 31 töltőanyaggal, illetve a formatesttel érintkezésben reaktív atmoszféra hozható létre, továbbá a gátló elem a kívánt helyen beépíthető. így 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 alap·· ···».··..··. .· .:. ·,*’ .··,

- 75 anyag 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. így bonyolult megmunkálási lépések kerülhetők el, például nincs szükség összetett alakzatokból kialakított öntőedények előkészítésére és összeállítására, nagy mennyiségű fémet tartalmazó olvadékfürdők fenntartására, az öntőedény megsemmisítésére az előállított termék feltárása céljából, 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 szerinti eljárást és a segítségével előállított összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot a továbbiakban példakénti megvalósítási módok bemutatásával ismertetjük. Ezek a példák egy-egy általunk különösen előnyösnek tekintett megvalósítási módot jelentenek, és nem értelmezhetők az igényelt oltalmi kör korlátozásaként.

1. PÉLDA

Ennek a példának a bemutatásával annak bizonyítása a célunk, hogy különböző geometriai felépítésben elrendezett töltőanyag felhasználásával a spontán infiltrációs folyamat révén lehetőség nyílik különböző felépítésű összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagok előállítására. Az előállítás feltételeit az I. táblázat foglalja össze, ahol felsoroljuk a különböző fém alapanyagokat, töltőanyagokat, megadjuk a töltőanyagok • · ··«· ····

- 76 geometriai elrendezését, a hőmérsékleteket és a megmunkálás időtartamát.

A. Minta

A találmány szerinti eljárás megvalósításával összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kívántunk előállítani. Ebből a célból a következő elrendezést állítottuk össze: mintegy 127 mm hosszú, 127 mm széles és mintegy 83 mm mély belső üreggel lapos fenekű hengeres öntőedényt készítettünk szilícium-dioxidból. Az öntőedény fenéklapjában öt hengeres bemélyedést alakítottunk ki, mindegyik mintegy 19 mm átmérőjű és 19 mm mély volt. Az öntőedény előállítása céljából 2,5 — 3,0 rész porított szilícium—dioxidot (a Ransom and Randolph cég, Maunee, Ohio, RANCO—SIL 4 jelű terméke), hozzávetőlegesen 1 rész kolloidális szilícium—dioxidot (a Nyacol Products Inc., Ashland, Massachussetts, Nyacol 830 jelű terméke) és mintegy 1—1,5 rész szilícium—dioxid homokot (a Ransom and Randolph cég, Maunee, Ohio, RANCO—SIL A jelű terméke) tartalmazó zagyot készítettünk, amelyet gumiból készült, a kívánt belső üregnek megfelelő negatív alakzatú öntőedénybe bejuttattunk, majd az öntőedényt éjszakára, mintegy 14 órán keresztül hűtőben tartottuk. Ezt követően az öntőedényt a gumi edénytől elválasztottuk, hozzávetőlegesen 800 °C hőmérsékleten kiégettük és szobahőmérsékletre hagytuk lehűlni. A kiégetést levegőt tartalmazó kemencében mintegy 1 órás időtartammal végeztük.

Az öntőedény szilícium—dioxidból álló fenéklapját grafitfóliával borítottuk be (a TT America cég, Portland, Oregon, Perma-Foil jelű terméke). A grafitfólia 127 mm hosszú, 127 mm széles és 0,25 mm vastag volt. Benne mintegy 19 mm átmérőjű nyílásokat vágtunk, amelyek helyzete az öntőedény fenéklapjában létrehozott nyílásoknak felelt meg. Ezekbe a nyílásokba az alábbiakban ismertetendő összetételű fém alapanyagból készült hengereket helyeztünk, amelyek mindegyike hozzávetőlegesen 19 mm átmérőjű és 19 mm vastag volt. Töltőanyagként nagyjából 826 g tömegű keveréket készítettünk, amelynek száraz anyaga 95 tömeg%—bán átlagosan 0,066 mm-es szemcsenagyságú alumínium—trioxidból (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, 38 Alundum jelű terméke) és mintegy 5 tömeg%-ban 0,044 mm átlagos szemcsenagyságú porított magnéziumból (a Johnson Matthey cég, Seabrook, New Hampshire, Aesar márkanevű terméke) állt. Ezt az anyagot mintegy 4 1 térfogatú műanyag mozsárban 15 percen keresztül kézzel rázogatva összekevertük. Ezt követően a töltőanyagból töltőréteget alakítottunk ki, amellyel az öntőedény szilícium-dioxid anyagú fenéklemezét borítottuk be. így körülbelül 19 mm egyenletes mélységű töltőréteg alakult ki, amelynek felső felületét döngöléssel kissé kiegyengettük. A töltőréteg felületére az öntőedényen belül ezt követően a fém alapanyagból készült öntecset helyeztünk, amely mintegy 1220 g tömegű volt. A fém alapanyag alumínium volt, amelynek anyagában alumínium mellett legfeljebb 0,25 tömeg% Si, legfeljebb 0,30 tömeg% Fe, legfeljebb 0,25 tömeg% Cu, legfeljebb 0,15 tömeg% Mn, legfeljebb 0,15 tömeg% Zn, 9,5 — 10,6 tömeg% Mg, és legfeljebb 0,25 tömeg% Ti volt. Az öntőedényt tartalmával együtt rozsdamentes acélból készült, 254 mm hosszú, 254 mm széles és mintegy 203 mm magas téglatest alakú tartályban rendeztük el, amelynek belsejében az öntőedény köré mintegy 15 g mennyiségben titánszivacsot szórtunk szét (ez a Chemalloy Inc., Bryn Mawr, Penn78 sylvania, terméke). A tartály nyílása fölött rézfóliából álló lemezt rendeztünk el, így a belső teret szigeteltük. A rézfólián át csöveket vezettünk át, amelyen nitrogént tudtunk a belső térbe adagolni. A tartályt és tartalmát levegővel kitöltött ellenálláskemencébe helyeztük kiégetésre.

A kemencét szobahőmérsékletről mintegy 400 °C/óra sebességgel nagyjából 600 °C hőmérsékletre hevítettük, miközben benne 10 1/perc térfogatáramban nitrogént áramoltattunk. Erre azért van szükség, mert a szigeteléssel lezárt kamra nem teljesen gázzáró, a nitrogén egy része belőle eltávozhat. A 600 °C hőmérséklet elérését követően ugyanezt a sebességet fenntartva a hőmérsékletet 750 °C értékre növeltük, miközben 2 1/perc térfogatáramban nitrogénáramot tartottunk fenn. A hőmérsékletet hozzávetőleg 1,5 órán keresztül 775 °C értékben biztosítottuk, miközben 2 1/perc térfogatáramban a tartály belső terében, az öntőedény környezetében nitrogént áramoltattunk. Ezután a tartályt a kemencéből eltávolítottuk, belőle az öntőedényt kiemeltük, amelyből a fém alapanyag megolvadt maradékát kiöntöttük. Az öntőedénybe ezt követően 127 mm hosszú, 127 mm széles és mintegy 25 mm vastag vörösréz hűtőlemezt helyeztünk, azt a fém alapanyag felső részével érintkezésbe hoztuk és így erőteljes hűtő hatással a fém alapanyagból létrehozott összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag hőmérsékletét lecsökkentettük.

B. Minta

Téglatest alakú edényben létrehozott elrendezésben összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot állítottunk elő a következők szerint. Először téglatest alakú edényként acéldobozt készítettünk, mégpedig úgy, hogy acéllapra, amely

178 mm hosszú, nagyjából 178 mm széles és mintegy 6,4 mm vastag volt, 127 mm hosszú, 127 mm széles és 70 mm mélységű belső nyílást meghatározó acélkeretet helyeztünk, amelyet 7,9 mm vastag falak határoztak meg. Az acéldoboz belső felületeit grafitfóliával béleltük ki, amely 127 mm hosszú, 127 mm széles és 3 mm vastag volt. A grafitfólia, amely a TT America cég (Portland, Oregon) Perma—Foil jelű terméke volt, ennek megfelelően dobozszerű belső bevonatot alkotott. A Perma-Foil márkanevű terméket 279 mm hosszú, 279 mm széles és 0,25 mm vastag lemezként szállítják. A nyers grafitfóliából négy 76 mm hosszú és 76 mm széles párhuzamos négyzetet vágtunk ki. A grafitfóliákból kivágott négyzeteket egyesítettük és így jött létre a grafitfóliából álló doboz.

Műanyag edényben 15 perces kézi rázással 782 g töltőanyagot készítettünk, amely hozzávetőlegesen 95 tömeg%—bán alumínium—trioxidból (az Álcán Chemcicals, Montreal, Kanada C—75 RG jelű terméke) és 5 tömeg%-ban 0,044 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumból állt (a Johnson Matthey cég, Seabrook, New Hampshire AESAR márkanevű terméke). A töltőanyagból a grafitfóliából álló doboz alján egyenletesen mintegy 19 mm—es mélységű réteget hoztunk létre. A töltőanyag rétegének felületét az anyag beöntése után enyhe döngöléssel kiegyengettük. A réteg ily módon előkészített felületére mintegy 4 g mennyiségben 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumból (az Alpha Products cég, Danvers, Massachussetts, terméke) porréteget vittünk fel. A porréteg felületére fém alapanyag került, amely alapvetően alumíniumból állt, emellett legfeljebb 0,30 tömeg%-ban vasat, legfeljebb 0,25 tömeg%-ban szilíciumot, legfeljebb ···· ·· ·♦ · •· ······ • · · · · • · · · · · *·* ·· ···· ···· ···

- 80 0,25 tömeg%—bán rezet, legfeljebb 0,15 tömeg%-ban cinket, 9,5 — 10,6 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,15 tömeg%—bán magnéziumot és legfeljebb 0,25 tömeg%-ban titánt tartalmazott.

Az acéldobozt a benne kialakított és elrendezett anyagokkal együtt rozsdamentes acélból készült tartályba helyeztük, amely mintegy 254 mm hosszú, 254 mm széles és hozzávetőlegesen 202 mm magas volt. A tartály fenéklapját úgy készítettük elő, hogy az acéldoboz alját grafitfóliával borítottuk be, amely 254 mm hosszú, 254 mm széles és mintegy 0,25 mm vastag anyag volt. A grafitfóliára samottkockát helyeztünk, amely a tartály számára alátámasztásként szolgált és így az acéldobozt is tartotta. A grafitfóliára a tartály fenéklapján mintegy 20 g titánszivacsot szórtunk szét (a Chemalloy Co., Inc., Bryn Mawr, Pennsylvania, terméke), mégpedig a samottkocka környezetében. A tartály felső nyílását rézfóliával zártuk le, és így a környezettől elzárt belső terű, rozsdamentes acélból álló szerkezet jött létre. A rézfólián csövet vezettünk át nitrogénnek a belső térbe való bejuttatása céljából. A tartályt a benne elrendezett anyagokkal együtt a rézfóliával való lezárás után ellenállásfűtésű, légköri nyomású levegőt tartalmazó kemence belső terébe raktuk.

Ezt követően a kemencét szobahőmérsékletről mintegy 400 °C/óra sebességgel kb. 600 °C hőmérsékletre hevítettük, miközben a csövön keresztül a nitrogén áramát 10 1/perc térfogatáramban tartottuk fenn. A kijelölt 600 °C elérése után a nitrogén térfogatáramát 2 1/perc értékre csökkentettük, majd a felfűtést változatlan ütem mellett 800 °C eléréséig folytattuk. Ezt a hőmérsékletet elérve mintegy 2 órán keresztül biztosítót- 81 tűk fenntartását, illetve eközben a nitrogén 2 1/perc térfogatáramlású bevezetését. A kiégetési idő elteltével az acéldobozt a kemencéből kiemeltük, a tartálytól elválasztottuk és tartalmát szobahőmérsékleten tartott, vízhűtéssel ellátott rézlemezzel hoztuk kapcsolatba, amelynek hossza 203 mm, szélessége 203 mm, vastagsága 13 mm volt. A rézlemez hűtőlapként biztosította az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag irányított megszilárdulását.

c. Minta

Grafitból csónakot készítettünk összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag előállítása céljából. A grafitból álló csónakban mintegy 305 mm hosszú, 203 mm széles és nagyjából 13,3 mm mély belső üreg volt. Első lépésben a grafit csónak aljára három grafitfóliából álló dobozt helyeztünk, amelyek mindegyike mintegy 203 mm hosszú, 102 mm széles és 127 mm magas volt. A grafitfóliából álló dobozok előkészítéséhez a Unión Carbide által Grafoil márkanév alatt forgalmazott grafitfóliát használtuk, amely 356 mm hosszú, 318 mm széles és 0,38 mm vastag lemezekként állt rendelkezésre. A grafitfóliában párhuzamos vágással négy bevágást készítettünk, ezek a szélektől 127 mm távolságban 127 mm hosszúak voltak. A grafitfóliákat ezt követően hajtogattuk, így doboz alakra hoztuk, majd egy rész grafitporból (a Lonza Inc., Fair Lawn, New Jersey, KS-44 jelű terméke) és három rész kollodiális szilícium—dioxidból (az E. I. DuPont de Nemours and Co. Inc., Wilmington, Delaware, LUDOX SM jelű terméke) álló keverékkel felületeit egymáshoz ragasztottuk. A grafitfóliából álló doboz alsó részére 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú réteg került magnéziumból (az Alpha Products, ···· ··

- 82 ~

Danvers, Massachussetts, terméke) , amelyet egyenletesen eloszlattunk. A réteg anyagát a grafitfóliából álló doboz fenekén mintegy 25 — 50 tf% grafitcementet (a Polycarbon cég, Valencia, Kalifornia, terméke) etilalkoholban tartalmazó keverékkel rögzítettük.

Töltőanyagot készítettünk 98 tömeg%—bán 0,41 mm szemcsebőségű szitán nyert lemezkés alumínium—trioxidból (az Alcoa Industrial Chemicals Division, Bauxite, Arkansas, terméke) és 2 tömeg%-ban 0,044 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumból (a Johnson Matthey cég, Seabrook, New Hampshire, AESAR márkajelű terméke) álló keverékkel, amelyet műanyag mozsárba öntöttünk és 2 órán keresztül golyósmalomban homogenizáltunk. A töltőanyag mintegy 1000 g—jából az grafitfóliából álló doboz fenéklemezén réteget készítettünk, ezt kézi nyomogatással egyengettük, majd felületére a csónakban 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumból (az Alpha Products Inc., Danvers, Massachussetts, terméke) réteget hoztunk létre. A réteg felületére mintegy 1239 g mennyiségben fém alapanyag került, amely alapvetően alumíniumból állt, benne legfeljebb 0,35 tömeg% szilícium, 1,6 — 2,6 tömeg% réz, legfeljebb 0,40 tömeg% vas, 0,18 — 0,35 tömeg% króm, legfeljebb 0,20 tömeg% mangán, 2,6 — 3,4 tömeg% magnézium,

6,8 — 8,0 tömeg% cink és legfeljebb 0,20 tömeg% titán volt. A grafitfóliából álló dobozon belül a fém alapanyag a réteg felületén nyugodott.

A csónakot a benne előkészített anyagokkal együtt szobahőmérsékleten bélelt tokos ellenálláskemence belsejébe helyeztük. A tokos kemence ajtaját lezártuk, a belső teret mintegy 67 kPa nyomásig kiürítettük. A vákuum létrehozása után a kémén··« ·· * · • · • · · · · · ··· ·· ··«· ···· ···

- 83 cébe nitrogént vezettünk, áramát 2,5 1/perc térfogatáramban tartottuk fenn. A tokos kemencét ezután nagyjából 700 °C hőmérsékletre hevítettük, mégpedig mintegy 120 °C/óra sebességgel, majd ezt a hőmérsékletet hozzávetőlegesen 10 órán keresztül tartottuk, miközben változatlan ütemben biztosítottuk a nitrogén térfogatáramát. A hevítés első szakaszát követően a hőmérsékletet mintegy 150 °C/óra sebességgel 675 °C—ra csökkentettük le, amikoris a csónakot és a benne levő anyagot a kemencéből eltávolítottuk, a keletkezett anyagot irányított módon megszilárdítottuk. Ez utóbbi lépést úgy hajtottuk végre, hogy a csónakot szobahőmérsékletű gráfitlemezre helyeztük, majd mintegy 500 ml forró felöntő anyaggal (a Foseco Inc., Brook Park, Ohio, Feedol—9 márkanevű terméke) a csónakon belül a grafitfóliából álló doboz belső terét kitöltöttük. A grafitból álló csónakot eközben mintegy 51 mm vastag, kerámia szálakból készült pokróccal (a Manville Refractory Products cég CERABLANKET márkanevű terméke) vettük körbe. Miután az így kapott együttes szobahőmérsékletre lehűlt, a grafitfóliából álló dobozt kinyertük, szétszedtük, belőle az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kiemeltük.

D. Minta

A találmány szerinti eljárás megvalósítása céljából, tehát összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag készítéséhez mintegy 203 mm hosszú, mintegy 102 mm széles és hozzávetőlegesen 63 mm mély üreggel létrehozott csónakot választottunk, amely grafitból, mégpedig a Unión Carbide cég ATJ fokozatú grafitjából készült. A csónak belsejébe grafitfóliából álló dobozt tettünk, amelyet a Unión Carbide cég Grafoil márkanevű grafit··*· ·· ·· • · · · • · · • · · · ·· fóliájából alakítottunk ki, hossza mintegy 203 mm, szélessége nagyjából 38 mm, magassága pedig mintegy 76 mm volt. A kiindulási grafitfólia 356 mm hosszú, 191 mm széles és mintegy 0,38 mm vastag volt, ebből párhuzamos vágással négy 76 mm hosszú és 76 mm széles részt készítettünk. A grafitfóliát összehajtogattuk, a kapott dobozszerű képződményt a Polycarbon cég (Valencia, Kalifornia) által forgalmazott RIGIDLOCK márkanevű grafitcementtel tettük folyadékzáróvá. Összenyomás után a grafitfóliából álló dobozt kissé szárítottuk, majd a csónak belsejében elhelyeztük.

Mintegy 96 tömeg% 0,01 mm körüli átmérőjű és mintegy 0,002 mm vastag alumínium-trioxid lemezkékből (az E. I. DuPont de Nemours and Co. Inc. cég, Wilmington, Delaware, F—alfa—A1₂O₃ jelű kísérleti terméke) és hozzávetőlegesen 4 tömeg% 0,044 mm átlagos szemcsenagyságú porított magnéziumból (a Johnson Matthey cég, Seabrook, New Hampshire, AESAR márkanevű terméke) álló keveréket 4 liter térfogatú műanyag mozsárba helyeztünk, a mozsárba etilalkoholt töltöttünk és benne keveréssel szuszpenziót hoztunk létre. Ezt követően a szuszpenziót 3 órán keresztül golyós malomban homogenizáltuk. Vákuumos szűréssel a homogenizált keverékből az etilalkoholt eltávolítottuk és így megkaptuk azt a töltőanyagot, amelynek 1000 g—jából támasztóréteget készítettünk a grafitfóliából álló doboz alján. A támasztóréteg kialakítása előtt a lényegében az etilalkoholtól megszabadított szuszpenziót levegőn 110 ’C hőmérsékleten 1 éjszakán keresztül szárítottuk, pihentettük, majd a kapott anyagból 0,42 mm átlagos szitanyílású szűrővel frakciót választottunk ki, amit töltőanyagként hasznosítottunk. Ezt az eljárást a to85 vábbiakban folyadékdiszperziós előkészítésnek nevezzük.

A grafitfóliából álló doboz fenéklapjára 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumporból (az Alpha Products Inc., Danvers, Massachussetts, terméke) réteget készítettünk, amely így 1,5 g magnéziumot tartalmazott. Ezt a réteget grafitcementtel (a Polycarbon cég, Valencia, Kalifornia, RIGIDLOCK márkanevű terméke) rögzítettük a fenéklapon. Ezt követően betöltöttük az 1000 g töltőanyagot, azt kézzel egyengettük, majd felületére az ugyancsak az Alpha Products Inc. cég által szállított porított magnéziumból, amelyre a 0,297 mm átlagos szemcsenagyság volt jellemző, 1,5 g-ot réteg formájában felvittünk. Erre a rétegre fém alapanyagot helyeztünk, mégpedig hozzávetőlegesen 644 g mennyiségben. A fém alapanyag legfeljebb 0,25 tömeg% rezet, legfeljebb 0,30 tömeg% vasat, legfeljebb 0,25 tömeg% szilíciumot, legfeljebb 0,15 tömeg% mangánt, továbbá 9,5 — 10,6 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,15 tömeg% cinket és legfeljebb 0,25 tömeg% titánt tartalmazó alumíniumötvözet volt. A grafitfóliából álló doboz oldalfalait mintegy 203 mm hosszú, 76 mm széles és nagyjából 13 mm vastag, grafitból álló tartólemezekhez illesztettük. A függőlegesen álló tartólemezek és a csónak közötti térben átlagosan 0,066 mm szemcsenagyságú alumínium-trioxidból álló kitöltést helyeztünk el.

A csónakot a benne előkészített anyagokkal együtt szobahőmérsékleten bélelt tokos ellenálláskemence belsejébe helyeztük. A tokos kemence ajtaját lezártuk, a belső teret 67 kPa nyomásig kiürítettük. A vákuum létrehozása után a kemencébe nitrogént vezettünk, áramát 4 1/perc térfogatáramban tartottuk fenn. A tokos kemencét ezután 775 °C hőmérsékletre hevítettük, • ··*· ·· ·· · ·· ···»»· • . · * · ·>

• · · · · · mégpedig mintegy 100 °C/6ra sebességgel, majd ezt a hőmérsékletet hozzávetőlegesen 10 órán keresztül tartottuk, miközben változatlan ütemben biztosítottuk a nitrogén térfogatáramát. A hevítést követően a csónakot és a benne levő anyagot a kemencéből eltávolítottuk, a keletkezett anyagot irányított módon megszilárdítottuk. Ez utóbbi lépést úgy hajtottuk végre, hogy a csónakot szobahőmérsékletű, vízhűtésű, alumíniumból készült gyorshűtő lemezre helyeztük, majd mintegy 500 ml forró felöntő anyaggal (a Foseco Inc., Brook Park, Ohio, Feedol-9 márkanevű terméke) a csónakon belül a grafitfóliából álló doboz belső terét kitöltöttük. A grafitból álló csónakot eközben mintegy 51 mm vastag, kerámia szálakból készült pokróccal (a Manville Refractory Products cég CERABLANKET márkanevű terméke) vettük körbe. Miután az így kapott együttes szobahőmérsékletre lehűlt, a grafitfóliából álló dobozt kinyertük, szétszedtük, belőle az előállított összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kinyertük.

E. Minta

A találmány szerinti eljárás megvalósításával az alábbiaknak megfelelően összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot készítettünk. Ehhez 152 mm hosszú, mintegy 76 mm széles és hozzávetőlegesen 127 mm mély üreggel létrehozott tartályt használtunk, amely rozsdamentes acélból készült. A tartály belsejébe grafitfóliából álló dobozt tettünk, amelyet a Unión Carbide cég Grafoil márkanevű grafitfóliájából alakítottunk ki, hossza mintegy 152 mm, szélessége nagyjából 76 mm, magassága pedig mintegy 127 mm volt. A kiindulási grafitfóliát, amely 406 mm hosszú, 330 mm széles és mintegy 0,38 mm vastag volt, «

párhuzamos vonalak mentén négy helyen a széltől mintegy 127 mm távolságra kb. 127 mm hosszban bevágjuk. A grafitfóliát összehajtogattuk, majd a tartály belsejében elhelyeztük az így kapott dobozt.

Ebben az esetben ugyancsak töltőanyagot használtunk, amely mintegy 73 tömeg% átlagosan 0,005 mm szemcsenagyságú szilícium—karbidot (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, 39 Crystolon jelű terméke), mintegy 24 tömeg% szilícium—karbid rudacskákat (a NIKKEI TECHNO—RESEARCH Co., Ltd., Japán, terméke) és a fennmaradó mintegy 3 tömeg%—bán 0,044 mm átlagos szemcsenagyságú porított magnéziumot (a Johnson Matthey cég, Seabrook, New Hampshire, terméke) tartalmazott. Ezt a keveréket mintegy 1 órán keresztül golyósmalomban Őrölve homogenizáltuk.

A megfelelően előkészített töltőanyagból hozzávetőlegesen 600 g—ot lemértünk, ebből támasztóréteget hoztunk létre, amely mintegy 19 mm vastag rétegben fedte a tartályba helyezett grafitfóliából álló doboz fenéklapját. Az így kialakított támasztóréteg felső szintjére öntecsek kerültek, amelyek 10 tömeg% szilíciumot és 5 tömeg% rezet tartalmazó alumíniumötvözetből, mint fém alapanyagból álltak. Összesen tömegük mintegy 1216 g volt. A tartályt és tartalmát ezt követően ugyancsak rozsdamentes acélból készült külső tartályba illesztettük, amelynek hossza 254 mm körüli volt, szélessége mintegy 203 mm, mélysége nagyjából ugyanekkora. A külső tartály és a tartály közötti térbe titánszivacsból (a Chemalloy Co. Inc., Bryn Mawr, Pennsylvania, terméke) mintegy 15 g mennyiséget szórtunk és hozzávetőlegesen ugyanennyi 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumport (az Alpha Products cég, Danvers, Massachussetts, terméke) szintén ide adagoltunk. A külső tartály nyílására rézfóliát illesztettünk, amelyen csövet vezettünk át nitrogén bevezetése céljából.

A rozsdamentes acélból készült külső tartálynál fogva az így összeállított rendszert levegővel töltött ellenálláskemencébe helyeztük. A kemence belső terét szobahőmérsékletről mintegy 800 °C hőmérsékletre hevítettük, a hőmérsékletet mintegy 550 °C/óra sebességgel emelve. Eközben a külső tartályba

2,5 1/perc térfogatáramban nitrogént vezettünk be. A 800 °C hőmérsékletet elérése után 2,5 órán keresztül tartottuk fenn, miközben az előbb említett térfogatáramlással nitrogént juttattunk a zárt térbe. Ezt követően a külső tartálynál fogva a kapott anyagot a kemencéből eltávolítottuk. A grafitfóliából álló dobozzal kibélelt tartályt a külső tartályból kiemeltük és tartalmát szobahőmérsékleten tartott, 203 mm hosszú, hozzávetőlegesen ugyanilyen széles és mintegy 13 mm vastag réz hűtőlemezhez illesztettük, amivel a kapott anyagot irányított módon lehűtöttük. A szobahőmérséklet elérése után a gráfitfóliából álló dobozt szétszedtük, a benne kialakult összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kinyertük.

F. Minta

Megfelelő elrendezésben fém alapanyag felhasználásával a találmány szerinti eljárás következőkben leírt megvalósításával összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot készítettünk. Az elrendezés alapja egy mintegy 95 mm hosszú, 45 mm széles és hozzávetőlegesen 20 mm mély belső üreggel ellátott alumínium— trioxid csónak volt. A csónak alsó részébe töltőanyagból összeállított támasztóréteget vittünk be, amely belül üreges alumínium—trioxid golyókból (a Ceramic Fillers Inc., Atlanta, Georgia, terméke) állt. A támasztóréteg felső szintjére öntecsek kerültek, amelyek a kijelölt fém alapanyagból álltak. A fém alapanyag legfeljebb 0,30 tömeg% vasat, legfeljebb 0,25 tömeg% rezet, legfeljebb 0,15 tömeg% mangánt, legfeljebb 0,25 tömeg% szilíciumot, valamint 9,5 - 10,6 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,15 tömeg% cinket és legfeljebb 0,25 tömeg% titánt tartalmazó alumíniumötvözet volt.

A csónakot és tartalmát szobahőmérsékleten helyeztük ellenállásfűtéses csőkemencébe. A csőkemencét a lehető legjobban lezártuk, majd belőle a gázokat elszívtuk. Ezt követően az elszívott levegő helyébe 0,5 1/perc térfogatáramban nitrogént áramoltattunk a kemencébe, amelynek belső terét 300 °C/óra hőmérsékletemelési sebességgel nagyjából 800 °C hőmérsékletre hevítettük. Ezt az értéket 0,5 órán keresztül tartottuk, miközben a nitrogénáramlást változatlan térfogatáramban biztosítottuk. A hevítés után a kemence belső terét 300 °C/óra körüli sebességgel szobahőmérsékletre hűtöttük le. A szobahőmérséklet elérése után a csónakot a kemencéből kiemeltük és belőle az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kiemeltük.

G. Minta

A következőkben vázlatosan ismertetett elrendezésben a találmány szerinti eljárással összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot hoztunk létre az alábbiaknak megfelelően. Első lépésben grafitból csónakot készítettünk, amelynek belső ürege mintegy 102 mm hosszú, 102 mm széles és nagyjából 76 mm mély volt. A csónak a Unión Carbide cég ATJ fokozatú grafitjából állt. Ezt követően a csónak aljára mintegy 1,035 mm átlagos szemcsenagyságú alumínium—trioxidból (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, terméke) álló ágyazatot készítettünk. Az ágyazatba grafitfóliából álló dobozt helyeztünk, amely mintegy 51 mm hosszú, mintegy 51 mm széles és 76 mm magas volt. A grafitfóliából álló dobozt az ágyazat anyagának kiegészítésével magasságának mintegy 3/4 részéig az alumínium—trioxiddal körbevettük. A grafitfóliából álló doboz előkészítéséhez a Unión Carbide által Grafoil márkanév alatt forgalmazott grafitfóliát használtuk, amelyet a gyártómű hozzávetőlegesen 203 mm hosszú, mintegy 203 mm széles és nagyjából 0,38 mm vastag lemez formájában szállított. A grafitfóliát négy párhuzamos vágással bevágtuk, mindegyik vágás 76 mm hosszú és a szélektől 51 mm—re volt. A grafitfóliákat ezt követően hajtogattuk, így doboz alakra hoztuk, majd egy rész grafitporból (a Lonza Inc., Fair Lawn, New Jersey, KS—44 jelű terméke) és három rész kollodiális szilícium—dioxidból (az E.I.DuPont de Nemours and Co. Inc., Wilmington, Delaware, LUDOX SM jelű terméke) álló keverékkel felületeit egymáshoz ragasztottuk, így a grafitfóliából álló dobozt elkészítettük.

Töltőanyagból előmintát hoztunk létre, amely alumínium—trioxid szálakból tevődött össze. Az előminta mintegy 51 mm hosszú, nagyjából ugyanilyen széles és mintegy 20 mm vastag volt, alapanyaga hozzávetőlegesen 90 tömeg%—bán 0,02 mm átmérőjű alumínium—trioxid szálakból (az E.I. DuPont de Nemours and Co., Inc., Wilmington, Delaware, terméke), a fennmaradó mintegy 10 tömeg%-ban nagyjából 0,003 mm átmérőjű alumínium—trioxid szálakból (az ICI Americas cég, Wilmington, Delaware, terméke) állt. Ezt a keveréket kolloidális alumínium—trioxiddal kötöttük ···· ·· ·· meg. Az előminta anyagában 12 tömeg% körüli mennyiségben kerámia szálakat is alkalmaztunk, majd az előmintát a csónakban a grafitfóliából álló doboz aljára helyeztük. Felületére két öntecset raktunk, amelyek mintegy 51 mm hosszú, mintegy 51 mm széles és hozzávetőlegesen 25 mm magas testek voltak, alumíniumból készültek, anyaguk 10,5 tömeg%-ban magnéziumot, 4 tömeg%—bán cinket, 0,5 tömeg%—bán szilíciumot és 0,5 tömeg%—bán rezet tartalmazott. A öntecsek külső felülete és a grafitfóliából álló doboz fala közötti teret részben pasztaszerű grafitkeverékkel töltöttük ki, amely egy rész grafitporból (a Lonza Inc., Fair Lawn, New Jersey, terméke) és három rész kolloidális szilícium-dioxidból (az E.I. DuPont de Nemours and Co. Inc., Wilmington, Delaware, terméke) állt.

A csónakot a benne elrendezett anyagokkal együtt szobahőmérsékleten szabályozható belső légterű kemencébe helyeztük. A kemencét lezártuk, belső terét leszívtuk. Ezt követően tartalmát mintegy 0,75 óra alatt 200 °C hőmérsékletre melegítettük, amely hőmérsékletet nagyjából 2 órán keresztül tartottunk. Ezalatt a vákuumot továbbra is biztosítottuk, majd a belső teret 2 1/perc térfogatáramban áramoltatott nitrogénnel feltöltöttük és mintegy 5 óra alatt 675 °C hőmérsékletre hevítettük. Ezt a hőmérsékletet a nitrogénáram változatlan fenntartása mellett kb. 20 percig biztosítottuk, majd a kemence tápellátását megszüntettük és belső terét hagytuk szobahőmérsékletre lehűlni. Szobahőmérsékleten a csónakot kiemeltük, belőle a grafitfóliából álló dobozt kivettük, és az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kinyertük.

H. Minta

A találmány szerinti eljárás megvalósításával fém alapanyag és szálas anyag felhasználásával összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot készítettünk az alábbiaknak megfelelően. Első lépésben rozsdamentes acélból álló tartályt választottunk, amely mintegy 165 mm hosszú, 165 mm széles és nagyjából 76 mm magas volt, ezt 300 sorozatú rozsdamentes acélból készült lemezek hegesztésével készítettük el. A tartály belső falát grafitfóliából álló dobozzal béleltük ki, amely mintegy 152 mm hosszú, nagyjából ugyanilyen széles és mintegy 76 mm magas volt. A grafitfóliából álló doboz létrehozásához a Unión Carbide cég által gyártott Grafoil márkanevű fóliát használtuk, amely 229 mm hosszú, 229 mm széles és hozzávetőlegesen 0,38 mm vastag lemezekben állt rendelkezésre. Ebbe négy 76 mm—es egymással párhuzamos oldalsó és egymástól 76 mm—re levő hosszirányú bevágást tettünk. Bevágás után a fóliát hajtogattuk, majd a kapott alakzat oldalelemeit egy rész grafitporból (a Lonza Inc., Fair Lawn, New Jersey, KS-44 jelű terméke) és három rész kolloidális szilícium—dioxidból (az E.I. DuPont de Nemours and Co. Inc., Wilmington, Delaware, LUDOX SM márkajelű terméke) álló ragasztóval rögzítettük egymáshoz. Az így kialakított dobozszerű alakzatot hagytuk kiszáradni, majd a száraz grafitfóliából álló dobozt a tartály fenéklemezére helyeztük. A doboz alsó részében mintegy 6,4 mm vastagsággal 0,216 mm átlagos szemcsenagyságú szilícium-karbidból álló réteget hoztunk létre a Norton Co. (Worcester, Massachussetts) 39 Crystolon jelű termékéből.

Ezt követően előmintát készítettünk, amely nagyjából • ···· ·· ·· · • · ······ • · · · · • · · · · · ··· ·· ···· ···· ···

- 93 “

152 mm hosszú, hozzávetőlegesen ugyanilyen széles és mintegy 13 mm vastag volt. Kialakításához nagyjából 0,02 mm átmérőjű alumínium—trioxid szálakat (E.I. DuPont de Nemours and Co. Inc., Wilmington, Delaware, Fiber FP márkanevű terméke) használtunk. Az előmintát a grafitfóliából álló doboz belsejében a rétegre helyeztük és felső szintjét gráfitfóliáből álló lemezzel borítottuk. Ez utóbbi szintén a Unión Carbide cég Grafoil márkanevű termékéből készült, hossza mintegy 152 mm, szélessége nagyjából ugyanakkora és vastagsága mintegy 0,38 mm volt, középső részén hozzávetőlegesen 51 mm átmérőjű nyílás volt kiképezve. A lemezre öntecsek kerültek, amelyek mintegy 89 mm hosszú, nagyjából ugyanilyen széles és hozzávetőlegesen 13 mm vastag testek voltak. Ezek a kijelölt fém alapanyagból készültek, amelyet legfeljebb 0,25 tömeg% szilíciumot, legfeljebb 0,30 tömeg% vasat, legfeljebb 0,25 tömeg% rezet, legfeljebb 0,15 tömeg% mangánt,

9,5 - 10,6 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,15 tömeg% cinket és legfeljebb 0,25 tömeg% titánt tartalmazó alumíniumötvözetként választottunk.

A tartállyal együtt a benne kialakított anyagokat szobahőmérsékleten ellenállásfűtésű tokos kemencébe helyeztük. A tokos kemencét lezártuk, majd belőle a gázok egy részét elszívtuk. Ezt követően belső terében a hőmérsékletet mintegy 0,75 óra alatt 200 °C-ra emeltük, majd ezt nagyjából 2 órán keresztül tartottuk. Eközben a vákuum feltételeit biztosítottuk, majd mintegy 2,5 1/perc térfogatáramban nitrogént áramoltattunk a kemence belsejébe. A nitrogénnel való feltöltés után mintegy 150 °C/óra sebességgel a hőmérsékletet 725 °C-ra emeltük és ezt 25 órán keresztül tartottuk. Eközben a nitrogént változatlanul ····

2,5 1/perc térfogatáramban áramoltattuk. A kiégetési idő elteltével a tartályt a kemencéből kiemeltük és tartalmát irányított megszilárdításnak vetettük alá. Ezt úgy hajtottuk végre, hogy a tartályt grafitlemezre helyeztük, belső terébe legalább 700 °C hőmérsékletre előmelegített 0,216 mm átlagos szemcsenagyságú alumínium—trioxidot (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, terméke) öntöttünk, ezzel a fém alapanyag megolvadt maradékát befedtük, majd a tartályt kerámia szálakból készült pokróccal (a Manville Refractory Products cég CERABLANKET márkanevű terméke) vettük körbe, illetve fedtük le. így hagytuk szobahőmérsékletre lehűlni. Ezt követően a tartály tartalmát kiemeltük és belőle a szálas anyaggal megerősített összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kinyertük.

I. Minta

A G. minta előállításához hasonló módon jártunk el, amikor a tartályon belül elrendezett grafitfólia dobozt tartalmazó összeállításban a találmány szerinti eljárást megvalósítva öszszetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot készítettünk. Ehhez mintegy 578 mm hosszú, nagyjából 248 mm széles és 152 mm magas grafitból készült csónakot alkalmaztunk, amely a Unión Carbide cég által gyártott ATJ fokozatú grafitból készült. Ennek kibélelésére grafitfóliából a G. minta előállításánál megvalósított módon dobozt alakítottunk ki, amely 452 mm körüli hosszúságú, mintegy 25 mm széles és 25 mm magas volt. Anyagaként a Unión Carbide cég által gyártott Grafoil márkanevű alumíniumfóliát hasznosítottuk.

A grafitfóliából készült dobozt a grafitból álló csónakba helyeztük és oldalfalai körül 1,035 mm átlagos szemcsenagy···· ·· • · · · · • •99 9 9

- 95 ságú alumínium—trioxidból (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, 38 Alundum jelű terméke) ágyazatot hoztunk létre. A grafitfóliából álló doboz fenéklapján laza szerkezetben szilícium—karbiddal bevont grafitszálakból (az Amoco Performance Products Inc. Thornel T 300 fokozatú 309 ST jelű terméke, karbonszál) réteget alakítottunk ki. A G. mintához hasonlóan itt is a grafitporból és a kolloidális szilícium—dioxidból álló keveréket használtuk a grafitfóliából álló doboz összeragasztása mellett a doboz fenéklapján felhalmozott réteg megfogására is. A dobozba 305 mm körüli hosszúságú, nagyjából 19 mm széles és mintegy 25 mm vastag öntecset helyeztünk, amely 6 tömeg% magnéziumot, 5 tömeg% cinket és 12 tömeg% szilíciumot tartalmazó alumíniumötvözetből állt. A csónakot és tartalmát szobahőmérsékleten helyeztük szabályozható légterű kemencébe. A kemencét lezártuk, belőle a gázokat elszívtuk, majd szobahőmérsékletről indulva belső terének hőmérsékletét nagyjából 0,75 óra alatt nagyjából 200 °C értékre emeltük. Ezt a vákuum biztosítása mellett mintegy 2 órán át tartottuk, majd 1,5 1/perc térfogatáram mellett a kemence belső terét nitrogénnel feltöltöttük. A feltöltött kemence hőmérsékletét 5 óra alatt 850 °C—ra növeltük, amelyet a nitrogén térfogatáramának változatlan értéke mellett 10 órán keresztül biztosítottunk. Ezután a kemence hőmérsékletét hagytuk mintegy 3 óra alatt szobahőmérsékletre lecsökkenni. Szobahőmérsékleten a grafitfóliából álló dobozt kiemeltük, szétszedtük és belőle az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kinyertük.

Az előzőekben ismertetett A. - I. minták előállításának legfontosabb jellemzőit az I. táblázat foglalja össze.

• ···· ·· ·· « ······ • · « · · • · · · · ·

- 96 I. Táblázat

1 Minta	Alapanyag	Töltőanyag (gyártómű, szemcsézettség: 1. megjegyzés)	I Megmunkálás
ideje# óra	hőmérséklete, °C
A	520*	olvasztott AI2O3	1,5	775
B	520.0*	kalcinált AI2O3	2,0	800
C	7001*	lemezkés AI2O3	10	700
D	520.0*	4 lemezkes A12O3	10	775
E	Al—10SÍ—5Cu	pálcikás SiC5 és szemcsézett SiC6	2,5	775
F	520.0*	golyós Al2oJ	0,5	800
G	Al-10,5Mg-4Zn- —0,5SÍ—0,5Cu	vágott A12O3 szálak8'9	20	675
H	520.0*	folytonos AI2O3 szálak	25	725
I 1-------------------------------	Al-12SÍ-6Mg—5Zn	SiC bevonatú karbonszál10	10	850 1

Jelmagyarázat az I. táblázathoz:

— 38 Alundum (Norton Co., Worcester, Massachussetts),

0,066 mm átlagos szemcsenagyságú anyag — C—75 RG (Álcán Chemicals, Montreal) — T—64 jelű lemezkés alumínium—trioxid (Alcoa, Pittsburgh,

Pennsylvania )

- Alfa típusú alumínium-trioxid lemezkék, F kísérleti foko- zat (E.l. DuPont de Nemours and Co. Inc., Wilmington, Delaware) — Nikkei Techno Research Co., Japán

6—39 Crystolon (Norton Co., Worcester, Massachussetts)

0,173 mm átlagos szemcsenagyságú • ···· ·· ·« * ·· ·····« • · · · « • » · · · · ··· .· **·· ···· 4·· — gömbszerű szemcsék (Ceramic Fillers Inc., Atlanta, Geor- gia) — Fiber FP alumínium—trioxid szálak (E.1.DuPont de Nemours and Co., Inc., Wilmington, Delaware) — Saffil alumínium—trioxid szálak (ICI Americas, Wilmington,

Delaware) — T300 fokozatú 309 ST bevonatos szénszálak (Amoco Performance Products Inc., Greenville, Dél-Karolina) + - legfeljebb 0,25 tömeg* Si, legfeljebb 0,30 tömeg* Fe, legfeljebb 0,15 tömeg* Mn, 9,5 - 10,6 tömeg* Mg, legfeljebb 0,15 tömeg* Zn és legfeljebb 0,25 tömeg* Ti tartalmú alumíniumötvözet, x — legfeljebb 0,35 tömeg* Si, legfeljebb 0,40 tömeg* Fe, legfeljebb 0,20 tömeg* Mn, 1,6 — 2,6 tömeg* Cu, legfeljebb 0,20 tömeg* Ti, 2,6 — 3,4 tömeg* Mg, 0,18 — 0,35 tömeg* Cr, és 6,8 - 8,0 tömeg* Zn tartalmú alumíniumötvözet.

Az előzőekben említett módokon elkészített mintákat szobahőmérsékleten félbevágtuk annak megállapítása céljából, milyen szerkezetű golyóálló anyag alakult ki. Egyértelműen megállapítható volt, hogy az A. - I. minták szerinti golyóálló anyagokban az összetett szerkezet alapját alumíniumból álló fém mátrix képezte.

2. Példa

Az ebben a példában felsorolt lehetőségek szerint megvalósított összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagok a különböző töltőanyagok alkalmazásának célszerű voltát bizonyítják. A minták előállításának feltételeit a II. táblázat foglal···· ·· • « · · · • · · · · · *·· ·· ···· ···· ···

- 98 ja össze. Az itt megadott feltételekkel különböző fém alapanyagokból kiindulva többféle töltőanyagot dolgoztunk fel, a különböző lehetőségeknél eltérő megmunkálási időket és hőmérsékleteket választva.

A. - D. Minták

Ezek a minták lényegében azonosak az 1. példában megadott azonos jelű mintákkal, amikoris a töltőanyag égetett, kalcinált, lemezkés alakú, illetve lapszerű részecskékből álló alumínium—trioxid volt. A legfontosabb jellemzőiket a II. táblázat tartalmazza.

J. Minta

A C. minta készítéséhez használthoz hasonló elrendezésben összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot hoztunk létre az alábbiak szerint. A csónakot grafitból készítettük, ennek aljára három grafitfóliából álló dobozt helyeztünk, amelyek mindegyike mintegy 102 mm hosszú, 102 mm széles és 76 mm magas volt. A grafitfóliából álló dobozok előkészítéséhez a Unión Carbide által Grafoil márkanév alatt forgalmazott grafitfóliát használtuk. A grafitfóliákat kivágásukat követően hajtogattuk, így belőlük dobozokat alakítottunk, majd egy rész grafitporból (a Lonza Inc., Fair Lawn, New Jersey, KS—44 jelű terméke) és három rész kollodiális szilícium-dioxidból (az E. I. DuPont de Nemours and Co. Inc., Wilmington, Delaware, LUDOX SM jelű terméke) álló keverékkel felületeit egymáshoz ragasztottuk. Az grafitfóliából álló doboz alsó részére mintegy 300 g porított magnézium-oxidot (a C-E Minerals cég, Greenville, Dél—karolina, TECO MgO jelű, 120S fokozatú terméke) rétegeztünk.

• ·

- 99 Ennek a felületére 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú réteg került magnéziumból (az Alpha Products, Danvers, Massachussetts, terméke), amelyet egyenletesen eloszlattunk. A réteg felületére fém alapanyag került, amely alapvetően alumíniumból állt, és benne legfeljebb 0,25 tömeg% szilícium, 0,30 tömeg% vas, legfeljebb 0,25 tömeg% réz, legfeljebb 0,15 tömeg% mangán, 9,5 — 10,6 tömeg% magnézium, legfeljebb 0,15 tömeg% cink, valamint legfeljebb 0,25 tömeg% titán volt. Az fém alapanyag az réteg felületén hozzávetőlegesen 114 mm hosszú, 38 mm széles és nagyjából 38 mm vastag öntecsekként volt jelen.

A csónakot a benne előkészített anyagokkal együtt szobahőmérsékleten bélelt tokos ellenálláskemence belsejébe helyeztük. A tokos kemence ajtaját lezártuk, a belső teret mintegy 67 kPa nyomásig kiürítettük. A vákuum létrehozása után a kemencébe nitrogént vezettünk, áramlását 4 1/perc térfogatáramban tartottuk fenn. A tokos kemencét ezután 750 °C hőmérsékletre hevítettük, mégpedig mintegy 200 °C/óra sebességgel, majd ezt a hőmérsékletet hozzávetőlegesen 19 órán keresztül tartottuk, miközben változatlan ütemben biztosítottuk a nitrogén térfogatáramát. A hevítésnek ezt az első szakaszát követően a hőmérsékletet 200 °C/óra sebességgel 650 °C—ra csökkentettük le, amikoris a csónakot és a benne levő anyagot a kemencéből eltávolítottuk, a keletkezett anyagot irányított módon megszilárdítottuk. Ez utóbbi lépést úgy hajtottuk végre, hogy a csónakot a szobahőmérsékletű gráfitlemezre helyeztük. Miután az így kapott együttes szobahőmérsékletre lehűlt, a grafitfóliából álló dobozt kinyertük, szétszedtük, belőle az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kiemeltük. Az így előállított test ··*· · • · 9 9 · · • · · · · • 4 · · · · ··· ·· ···· ·«·· ·«·

- 100 töltőanyagát a magnézium—oxid alkotta.

K. Minta

A találmány szerinti eljárás megvalósításával a következő elrendezésben állítottunk elő összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot. Acélból álló, trapéz keresztmetszetű öntőedényt, amelynek alsó szintje mintegy 76 mm hosszú és nagyjából ugyanilyen széles, felső szintje mintegy 95 mm hosszú és nagyjából ugyanilyen széles volt, magassága pedig hozzávetőlegesen 64 mm volt, 1,9 mm vastag acéllemezből állítottuk össze. Az öntőedény belső felületét grafitkeverékkel borítottuk be, amely mintegy 1,5 térfogatrész etanolt (a Pharmco Products Inc., Byon, New Jersey, terméke) és mintegy 1 térfogatrész kolloidális grafitot (az Acheson Colloid cég, Port Húron, Michigan, DAG—154 jelű terméke) tartalmazott. Ezt a keveréket három lépésben permetezéssel vittük fel a tartály belső felületére. Minden lépés után a kialakított réteget hagytuk kiszáradni. A grafitkeverékből álló bevonat kialakítása után az öntőedényt ellenálláskemencébe helyeztük, levegő jelenlétében 2 órán keresztül 330 ^ÖC hőmérsékleten szárítottuk és így szoros adhéziós kapcsolatot hoztunk létre az öntőedény acél anyaga és a grafitkeverék között.

A további lépések előtt alumínium—trioxidból álló csónakban mintegy 1 kg részlegesen stabilizált cirkónium—dioxidot (a Zirconia Sales Inc., Atlanta, Georgia, HSY-3SD jelű terméke) kiégettünk. A csónak mintegy 177,8 mm magas kúpos edény volt, amelynek felső átmérője mintegy 159 mm és alsó átmérője nagyjából 95 mm volt. A kiégetés 1350 °C hőmérsékleten hozzávetőlegesen 1 órát tartott. Az így előzetesen kiégetett cirkónium—dió101 xidból töltőanyagot hoztunk létre, mégpedig úgy, hogy belőle 95 tömeg%-ot és 0,044 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumporból (a Reede Manufacturing Co., Laké Hurst, New Jersey, terméke) 5 tömeg%—ot 4 1 térfogatú műanyag tégelybe helyeztünk, majd összekevertük és 1 órán keresztül golyósmalomban homogenizáltuk. A homogenizált keveréket 10 percig kézzel rázogatva tovább kevertük. Ebből az anyagból 600 g-ot használtunk fel a töltőanyag létrehozására.

Az öntőedény aljára, a grafitkeverék felszínére került a töltőanyag, amely egyenletes mintegy 19 mm mély réteget alkotott. Erre 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumréteget vittünk fel. A porított magnézium az Alpha Products, Danvers, Massachussetts terméke volt. A magnéziumrétegre helyeztük az első fém alapanyagból álló öntecseket, amelyek össztömege 537 g volt. Az első fém alapanyag 99,7 %-os tisztaságú alumínium volt, amelyben 0,3 tömeg% szennyező volt. A öntecsek felső felületére második fém alapanyagból álló 16,9 g tömegű testet raktunk; a második fém alapanyag 15 tömeg% szilíciumot tartalmazó alumínium volt. Az öntőedényt és tartalmát külső tartályba helyeztük, amely szénacélból állt, és hosszúsága 305 mm körül, szélessége mintegy 254 mm, magassága ugyancsak mintegy 254 mm volt. A külső tartály fenéklapjának belső felületét mintegy 0,25 mm vastag grafitfóliával (a TT America cég, Portland, Oregon, Perma—Foil nevű, PF-25-H jelű terméke) borítottuk be, amely mintegy 305 mm hosszú és 254 mm széles volt. Ezt követően a behelyezett öntőedény körül a grafitfólia felületén titánszivacsból (a Chemalloy Co., Bryn Mawr, Pennsylvania, terméke) mintegy 20 g—ot szórtunk szét és ugyanide 0,297 mm átlagos ···« «9 9 • · · « · · • · · 9 · t · ·

102 szemcsenagyságú magnéziumporból (Alpha Products cég, Danvers, Massachussetts, terméke) 0,8 g-ot permeteztünk. A külső tartály nyílását rézből készült fóliával lezártuk, míg oldalfalán csövet vezettünk át nitrogén beáramoltatása céljából. Ezt követően a külső tartályt a benne elrendezett anyagokkal együtt szokásos felépítésű ellenálláskemencébe raktuk. Az ellenálláskemence belső terét mintegy 400 °C/óra sebességgel nagyjából 600 °C hőmérsékletre hevítettük, miközben 10 1/perc térfogatáramban nitrogént juttattunk a külső tartályba. A hőmérsékletemelést változatlan ütemben folytatva 600 °C elérése után a nitrogén térfogatáramát 2 1/perc értékre csökkentettük és egyidejűleg a belső teret 800 °C hőmérsékletre melegítettük. Ez utóbbit a nitrogénáramoltatás változatlan sebessége mellett hozzávetőlegesen 1 órán keresztül tartottuk fenn. Ezután a külső tartályt a benne kialakult anyaggal együtt a kemencéből eltávolítottuk, belőle az öntőedényt kiemeltük és szobahőmérsékleten hűtőkörbe illesztett rézlappal hoztuk kapcsolatba. így a nagyjából 203 mm hosszú, 203 mm széles és hozzávetőlegesen 13 mm vastag rézlap által biztosított hőelvonással irányított módon az öntőedény tartalmát lehűtöttük. Lehűlés után belőle az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kinyertük.

L. Minta

Az előbb vázolt elrendezés felhasználásával további mintát készítettünk. Az öntőedényt a K. minta ismertetése során bemutatott módon alakítottuk ki, azzal a különbséggel, hogy a kolloidális grafitból álló bevonatot 2 órás hevítéssel készítettük el.

A K. mintához hasonló módon itt is mintegy 1 kg—nyi alu103 mínium—trioxiddal szilárdított cirkónium—dioxidot (a Zirconia Sales Inc., Atlanta, Georgia, ZTA—85 jelű terméke) készítettünk elő kiégetéssel. Ezt töltőanyagként a kolloidális grafittal borított öntőedény aljára rétegeztük, mintegy 19 mm mély réteg alakult ki. Ennek felületére 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumréteget vittünk fel. A porított magnézium az Alpha Products, Danvers, Massachussetts terméke volt. A magnéziumrétegre helyeztük az első fém alapanyagból készített öntecseket, amelyek össztömege 368 g volt. Az első fém alapanyag 99,7 %—os tisztaságú alumínium volt, amelyben 0,3 tömeg% szennyező volt. Az öntecsek felső felületére második fém alapanyagból álló 17,11 g tömegű testet raktunk, ahol a második fém alapanyag 15 tömeg% szilíciumot tartalmazó alumínium volt. Az öntőedényt és tartalmát külső tartályba helyeztük, amely szénacélból állt, és hosszúsága 305 mm körül, szélessége mintegy 254 mm, magassága ugyancsak mintegy 254 mm volt. A külső tartály fenéklapjának belső felületére mintegy 0,25 mm vastag grafitfóliát (a TT America cég, Portland, Oregon, Perma-Foil nevű, PF-25-H jelű terméke) helyeztünk, amely mintegy 305 mm hosszú és 254 mm széles volt. Ezt követően a behelyezett öntőedény körül a grafitfólia felületén titánszivacsból (a Chemalloy Co., Bryn Mawr, Pennsylvania, terméke) mintegy 20 g-ot szórtunk szét és 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumporból (Alpha Products cég, Danvers, Massachussetts, terméke) ugyanide hozzávetőlegesen 2 g-ot permeteztünk. A külső tartály nyílását a rézből készült fóliával lezártuk, míg oldalfalán a csövet vezettünk át nitrogén beáramoltatása céljából.

Ezt követően a lefedett külső tartályt a benne elren

104 dezett anyagokkal együtt szokásos felépítésű ellenálláskemencébe raktuk. Az ellenálláskemence belső terét hozzávetőlegesen 400 °C/óra hőmérsékletemelési sebességgel nagyjából 600 °C értékre hevítettük, miközben 10 1/perc térfogatáramban nitrogént juttattunk a külső tartályba. A hőmérsékletemelést változatlan ütemben folytatva 600 °C érték elérése után a nitrogén térfogatáramát 2 1/perc értékre csökkentettük és egyidejűleg a belső teret 800 °C hőmérsékletre melegítettük. Ez utóbbit a nitrogénáramoltatás változatlan sebessége mellett hozzávetőlegesen 1 órán keresztül tartottuk fenn, majd a kemence belső terét hagytuk 580 °C hőmérsékletre lehűlni. Ezután a külső tartályt a benne kialakult anyaggal együtt a kemencéből eltávolítottuk, belőle az öntőedényt kiemeltük és szobahőmérsékleten hűtőkörbe illesztett rézlappal hoztuk kapcsolatba. így a mintegy 203 mm hosszú, 203 mm széles és hozzávetőlegesen 13 mm vastag rézlap által biztosított hőelvonással irányított módon az öntőedény tartalmát lehűtöttük. Lehűlés után belőle az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kinyertük.

M. Minta

A találmány szerinti eljárást a következőkben ismertetett elrendezésben megvalósítva állítottunk elő összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot. Ehhez mintegy 305 mm hosszú, 229 mm széles és nagyjából 140 mm magas grafit csónakot használtunk, amely a Unión Carbide ATJ fokozatú grafitjából készült, gyártója az MGP Inc., Womelsdorf, Pennsylvania. A C. mintával kapcsolatban leírtakkal azonos módon a Unión Carbide által gyártott Grafoil márkanevű anyag felhasználásával grafitfóliából álló dobozt készítettünk, amely mintegy 203 mm hosszú, • ·

- 105 102 mm széles és hozzávetőlegesen 76 mm mély volt. A grafitfóliából álló doboz fenéklapján mintegy 1 g mennyiségben 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumport (az Alpha Products cég, Danvers, Massachussetts, terméke) tartalmazó réteget szórtunk fel. A Polycarbon cég (Valencia, Kalifornia) által készített RIGIDLOCK márkanevű grafitcementből kis mennyiséget a grafitfóliából álló doboz fenéklapjára permeteztünk és ezzel a nedves permetezéssel a réteg fémes magnézium anyagát a fenéklaphoz rögzítettük.

Az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag alapját jelentő töltőanyagból mintegy 763 g tömegű támasztóréteget készítettünk a grafitfóliából álló doboz alján, amelyre a magnéziumpor rétege került. A töltőanyag az 1. példa D. mintájánál ismertetett folyadékdiszperziós módszerrel, etanolos szuszpenzióként készült el, amelynek száraz anyaga mintegy 98 tömeg%—bán 0,015 mm átlagos szemcsenagyságú szilícium—karbidból (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, 39 Crystolon jelű terméke) és a fennmaradó 2 tömeg%-ban 0,044 mm átlagos szemcsenagyságú porított magnéziumból (a Johnson Matthey cég, Seabrook, New Hampshire, terméke) áll.

A támasztóréteg felületére a grafit csónakon belül a Unión Carbide cég által forgalmazott Grafoil márkanevű grafitfóliából kiszabott lapot helyeztünk, amelynek hossza mintegy 203 min, szélessége 102 mm, vastagsága pedig 0,38 mm volt és középső tartományában hozzávetőlegesen 32 mm átmérőjű nyílás volt kivágva. A támasztórétegnek a grafitfóliával le nem fedett részén, vagyis a nyílás tartományában mintegy 1 g tömegű 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumporból (az Alpha Products

106

Inc., Danvers, Massachussetts, terméke) szórással választóréteget készítettünk.

A gráfitfóliából kiszabott lap felületére, pontosabban annak középső részére, a nyílást lefedő módon fém alapanyagból álló hozzávetőlegesen 1237 g tömegű öntecset helyeztünk, amely 413.0 jelű alumíniumötvözetből készült. A fém alapanyag a gyártó cég adatai szerint 11,0 — 13,0 tömeg% szilíciumot, legfeljebb 2,0 tömeg% vasat, legfeljebb 1,0 tömeg% rezet, legfeljebb 0,35 tömeg% mangánt, legfeljebb 1,0 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,50 tömeg% nikkelt, legfeljebb 0,50 tömeg% cinket és legfeljebb 0,15 tömeg% ónt tartalmazó alumínium-szilícium ötvözet volt.

A grafit csónakot és a benne kialakított anyagokat ellenállásfűtésű tokos kemencébe helyeztük. A kemence belső terében a nyomást elszívással 67 kPa értékre csökkentettük, majd mintegy 4,5 1/perc térfogatárammal nitrogént vezettünk be az elszívott levegő helyébe. Ezt követően a kemence hőmérsékletét szobahőmérsékletről mintegy 200 °C/óra sebességgel hozzávetőlegesen 775 °C értékre emeltük. Ez utóbbi hőmérsékletet mintegy 20 órán keresztül tartottuk, majd 150 °C/óra sebességgel 760 °C értékre lecsökkentettük. Ennek elérését követően a grafit csónakot kiemeltük a kemencéből és vízhűtéssel ellátott, gyorshűtéssel készült alumíniumból álló lapra helyeztük. A grafit csónak belső terét mintegy 500 ml exoterm felöntő anyaggal kitöltöttük (a Foseco Inc., Brook Park, Ohio, Feedal-9 jelű terméke) és a csónakot kerámia szálakból szövött pokróccal (a Manville Refractory Products cég CERABLANKET márkanevű terméke) körbevettük. A felöntő anyag jelenlétére azért volt szükség, hogy az

- 107 elrendezés felső részében exoterm reakció alakulhasson ki, ami kikényszerítette az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag irányított módon történő megszilárdulását és ezzel késleltette, korlátozta az összehúzódással járó porózus szerkezet kialakulását a kész golyóálló anyagban.

N. Minta

Az 1. példa D. mintájának elkészítéséhez alkalmazotthoz hasonló elrendezést hoztunk létre a találmány szerinti eljárás megvalósítása és ezzel összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag készítése céljából. Ehhez nagyjából 203 mm hosszú, mintegy 102 mm széles és hozzávetőlegesen 63 mm mély üreggel kialakított csónakot használtunk, amely grafitból, mégpedig a Unión Carbide cég ATJ fokozatú grafitjából készült. A csónak belsejébe ugyancsak az ATJ fokozatú grafitból álló lapokból készült dobozt tettünk, amelyek hossza mintegy 203 mm, szélessége nagyjából 76 mm, vastagsága pedig mintegy 13 mm volt. Ezzel a csónakban 203 mm hosszú, nagyjából 50,8 mm széles és 76 mm mély üreget képeztünk ki. A csónaknak az üregen kívüli részén 0,066 mm átlagos szemcsenagyságú alumínium—trioxidot (a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) szórtunk szét. A grafit lapok által meghatározott üregbe a Unión Carbide által gyártott Grafoil márkanevű grafitfóliából a C. mintához hasonló módon előkészített mintegy 203 mm hosszú, 50,8 mm széles és hozzávetőlegesen 76 mm magas dobozt helyeztünk. A grafitfóliából álló doboz fenéklapjára mintegy 1,5 g 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú porított magnéziumot (az Alpha Products Inc., Danvers, Massachussetts, terméke) rétegeztünk és azt a Polycarbon cég (Valencia, Kalifornia) által készített RIGIDLOCK márkanevű grafitcementtel

- 108 a grafitfóliából álló doboz fenéklapjához rögzítettük.

Az 1. példában ismertetett D. mintához hasonló módon mintegy 96 tömeg% 0,05 mm körüli átmérőjű szilícium—dioxid lemezkét, amely mintegy 0,01 mm vastag részecskékből állt (a C-Axis Technology, Ltd., Jonquiere, Quebec, Kanada, terméke) és hozzávetőlegesen 4 tömeg% 0,44 mm átlagos szemcsenagyságú porított magnéziumot (a Johnson Matthey cég, Seabrook, New Hampshire, AESAR márkanevű terméke) 4 liter térfogatú műanyag mozsárba helyeztünk, az edény tartalmát etilalkohollal egészítettük ki és keveréssel szuszpenziót hoztunk létre. Ezt követően a szuszpenziót 3 órán keresztül golyós malomban homogenizáltuk. Vákuumos szűréssel a homogenizált keverékből az etilalkoholt eltávolítottuk és így megkaptuk azt a töltőanyagot, amelynek 303 g—jából a grafitfóliából álló doboz alján támasztóréteget alakítottunk ki. A töltőanyagot a már ismertetett folyadékdiszperziós módszerrel készítettük elő. A támasztóréteg felületére a már említett 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumporból mintegy 1,5 g-ot tartalmazó réteget vittünk fel, amelyre a fém alapanyagból álló öntecs került. Az öntecs tömege 644 g körül volt, anyaga a M. mintánál is ismertetett 413.0 jelű alumíniumötvözet volt, amelynek összetételét a II. táblázat ugyancsak megadja.

A csónakot a benne előkészített anyagokkal együtt szobahőmérsékleten bélelt tokos ellenálláskemence belsejébe helyeztük. A tokos kemence ajtaját lezártuk, a belső tér nyomását a levegő elszívásával 67 kPa értékre csökkentettük. A vákuum létrehozása után a kemencébe nitrogént vezettünk, amikoris a gáz áramát 4 1/perc térfogatáramban tartottuk fenn. A tokos kémén• ··»« ·· ·· * • · ····«· ··<*·· • · · · · ·

- 109 cét ezután 775 °C hőmérsékletre hevítettük, mégpedig mintegy nagyjából 100 °C/óra sebességgel, majd ezt a hőmérsékletet hozzávetőlegesen 10 órán keresztül tartottuk, miközben változatlan ütemben biztosítottuk a nitrogén térfogatáramát. Ezt követően a hőmérsékletet mintegy 200 °C/óra sebességgel 760 °C-ra csökkentettük. Ez utóbbi hőmérsékletet elérve a csónakot és a benne levő anyagot a kemencéből eltávolítottuk, a keletkezett anyagot irányított módon megszilárdítottuk. Ez utóbbi lépést úgy hajtottuk végre, hogy a csónakot szobahőmérsékletű, vízhűtésű, gyorshűtött alumíniumból készült lemezre helyeztük, majd mintegy 500 ml forró felöntő anyaggal (a Foseco Inc., Brook Park, Ohio, Feedol—9 márkanevű terméke) a csónakon belül a grafitfóliából álló doboz belső terét kitöltöttük. A grafitból álló csónakot eközben mintegy 51 mm vastag, kerámia szálakból készült pokróccal (a Manville Refractory Products cég CERABLANKET márkanevű terméke) vettük körbe. Miután az így kapott összeállítás szobahőmérsékletre lehűlt, a grafitfóliából álló dobozt kinyertük, szétszedtük, belőle az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kiemeltük.

o. Hinta

A találmány szerinti eljárás megvalósításával a következőkben bemutatott elrendezés felhasználásával összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot készítettünk. Itt az M. minta megvalósításánál követett lépéseket is alkalmaztuk. Ehhez mintegy 305 mm hosszú, 229 mm széles és nagyjából 140 mm magas grafit csónakot használtunk, amely a Unión Carbide ATJ fokozatú grafitjából készült, gyártója az MGP Inc., Womelsdorf, Pennsylvania. A C. mintelőállításával kapcsolatban leírtakkal azonos

110

módon a Unión Carbide által gyártott Grafoil márkanevű anyagból grafitfóliából álló dobozt készítettünk, amely mintegy 203 mm hosszú, 102 mm széles és hozzávetőlegesen 76 mm mély volt. A grafitfóliából álló doboz fenéklapján mintegy 1 g mennyiségben 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumport (az Alpha Products cég, Danvers, Massachussetts, terméke) tartalmazó réteget szórtunk fel. A Polycarbon cég (Valencia, Kalifornia) által készített RIGIDLOCK márkanevű grafitcementből a 19. ábrán nem bemutatott helyen kis mennyiséget a grafitfóliából álló doboz fenéklapjára permeteztünk és ezzel a nedves permettel a réteg magnézium anyagát a fenéklaphoz rögzítettük.

A grafitfóliából álló doboz fenéklapján az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag alapját jelentő töltőanyagból támasztóréteget készítettünk, amelyre a magnéziumpor rétege került. A töltőanyagot az 1. példa D. mintájának előállítása kapcsán ismertetett módon, folyadékdiszperziós módszerrel, etanolos szuszpenzióként alakítottuk ki, amelynek száraz anyaga mintegy 94 tömeg%-ban 0,01 mm átmérőjű és hozzávetőlegesen 0,0025 mm vastagságú titán-diborid lapocskákból (a Unión Carbide cég HTC—30 jelű terméke) és a fennmaradó mintegy 6 tömeg%-ban 0,44 mm átlagos szemcsenagyságú porított magnéziumból (a Johnson Matthey cég, Seabrook, New Hampshire, terméke) tevődött össze.

A támasztóréteg felületére a grafit csónakon belül a Unión Carbide cég által szállított Grafoil márkanevű grafitfóliából kiszabott lapot helyeztünk, amelynek hossza mintegy 203 mm, szélessége mintegy 102 mm, vastagsága pedig kb. 0,38 mm volt és középső tartományában hozzávetőlegesen 32 mm átmérőjű

111 nyílás volt kivágva. A támasztórétegnek a grafitfóliával le nem fedett részén, vagyis a kivágott nyílás tartományában mintegy 1 g tömegű 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumporból (az Alpha Products Inc., Danvers, Massachussetts, terméke) szórással választóréteget készítettünk. A grafitfóliából kiszabott lap felületére, pontosabban annak középső részére, a kivágott nyílást lefedő módon fém alapanyagból álló 1498 g tömegű öntecset helyeztünk, amely 520 jelű alumíniumötvözetből tevődött össze. Ez a fém alapanyag olyanalumíniumötvözet volt, amely a gyártómű adatai szerint legfeljebb 0,25 tömeg% rezet, legfeljebb 0,25 tömeg% szilíciumot, 9,5 — 10,6 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,35 tömeg% vasat, továbbá legfeljebb 0,15 tömeg% mangánt, legfeljebb 0,15 tömeg% cinket és legfeljebb 0,15 tömeg% titánt tartalmazott.

A grafit csónakot és a benne kialakított anyagokat szobahőmérsékleten ellenállásfűtésű tokos kemencébe helyeztük. A kemence belső terében a nyomást elszívással 67 kPa értékre csökkentettük, majd mintegy 4,5 1/perc térfogatárammal nitrogént vezettünk be az elszívott levegő helyébe. Ezt követően a kemence hőmérsékletét szobahőmérsékletről mintegy 200 °C/óra növelési sebességgel hozzávetőlegesen 775 °C értékre emeltük. Ez utóbbi hőmérsékletet mintegy 20 órán keresztül tartottuk, majd értékét 150 °C/óra sebességgel 760 °C—os szintre lecsökkentettük. Ennek elérését követően a kemence ajtaját felnyitottuk, a grafit csónakot a kemencéből kiemeltük és vízhűtéssel ellátott, alumíniumból álló, mintegy 305 mm hosszú, 229 mm széles és nagyjából 51 mm vastag lapra helyeztük. A grafit csónak belső terét mintegy 500 ml exoterm felöntő anyaggal kitöltöttük

112 (a Foseco Inc., Brook Park, Ohio, Feedal—9 jelű terméke) és a csónakot kerámia szálakból szövött pokróccal (a Manville Refractory Products cég CERABLANKET márkanevű terméke) körbevettük. A felöntő anyag jelenlétére azért volt szükség, hogy az elrendezés felső részében exoterm reakció alakulhasson ki, ami kényszeríti az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot irányított módon megszilárdulni és így késlelteti, korlátozza az összehúzódással járó porozitások kialakulását a kész golyóálló anyagban.

P. Minta

A találmány szerinti eljárás megvalósítása céljából hengeres alakú tartályt választottunk és ebben alakítottuk ki a az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag előállítására szolgáló elrendezést. A rozsdamentes acélból készült tartály mintegy 152 mm hosszú, nagyjából ugyanilyen széles és mintegy 191 mm mély belső üregét grafitfóliából készült dobozzal béleltük ki, amelynek hossza mintegy 152 mm, szélessége nagyjából ugyanennyi, magassága mintegy 191 mm volt. A grafitfóliából készült dobozt az előző mintákhoz hasonló módon állítottuk elő. A doboz fenéklapjához a Polycarbon cég (Valencia, Kalifornia) által gyártott RIGIDLOCK márkanevű grafitcementtel mintegy 2 g tömegű, 0,044 mm átlagos szemcsenagyságú por alakú magnéziumból (a Johnson Matthey cég, Seabrook, New Hampshire, AESAR márkanevű terméke) álló alsó réteget rögzítettünk. A töltőanyagot mintegy 95 tömeg% porított alumínium—nitridből (az Advanced Refractory Technology Inc., Buffalo, New York, A—200 A1N márkajelű terméke, amelynek átlagos szemcsézettsége 0,003 — 0,006 mm) és 5 tömeg% 0,044 mm átlagos szemcsenagyságú magnéziumport (a

113

Johnson Matthey cég, Seabrook, New Hampshire, AESAR márkanevű terméke) tartalmazó keverékből állítottuk elő. A keverék összetevőit 4 1 térfogatú műanyag tégelyben mechanikai eszközökkel legalább 2 órán keresztül kevertük és így töltőanyagot hoztunk létre. Ebből mintegy 500 g került a grafitfóliából készült doboz aljára. A töltőanyag rétegére mintegy 25 mm hosszú, grafitból készült cső alakú gátat helyzetünk el, amelynek belső átmérője mintegy 51 mm volt. A cső alakú gát kerületét 0,066 mm átlagos szemcsenagyságú alumínium-trioxiddal (a Norton Co. E-38 Alundum jelű terméke) kialakított laza ágyazattal vettük körül és a cső alakú gátat a töltőanyaghoz képest a tartályon belül centrálisán rendeztük el. A 0,066 mm átlagos szemcsenagyságú alumínium—trioxidból elegendő mennyiséget helyeztünk el ahhoz, hogy a cső alakú gát körül kissé lejtős felületű szerkezet alakuljon ki belőle. A cső alakú gáttal meghatározott belső felületre, a töltőanyaggal alkotott határrétegen 0,297 mm átlagos szemcsenagyságú porított magnéziumból (az Alpha Products, Danvers, Massachussetts, terméke) mintegy 5 g—ot szórtunk szét és ezzel a határréteg felületét beborítottuk. Az így elkészített anyagrendszer felső szintjére, tehát a tartályban kialakított lejtős felületre támaszkodóan öntecset helyeztünk, amely 413.0 jelű alumíniumötvözetből mint fém alapanyagból állt. A fém alapanyag a gyártómű kimutatása szerint 11,0 — 13.0 tömeg% szilíciumot, legfeljebb 2,0 tömeg% vasat, legfeljebb 1,0 tömeg% rezet, legfeljebb 0,50 tömeg% nikkelt, legfeljebb 0,35 tömeg% mangánt, legfeljebb 1,0 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 0,50 tömeg% cinket és legfeljebb 0,15 tömeg% ónt tartalmazó alumíniumötvözet volt.

- 114 A tartályt tartalmával együtt ellenállásfűtésű tokos kemencébe helyeztük, amelyből lezárása után szobahőmérsékleten a levegőt 67 kPa nyomás eléréséig elszívtuk. Az így kiürített levegő helyébe mintegy 4,0 1/perc térfogatáramban nitrogént vezettünk. A nitrogénnel töltött kemence hőmérsékletét szobahőmérsékletről mintegy 200 °C/óra növelési sebességgel 200 °C értékre emeltük, ezt mintegy 49 órán keresztül tartottuk, majd ugyancsak mintegy 200 °C/óra növelési sebességgel 550 °C körüli értékre emeltük, ezt mintegy 1 órán keresztül tartottuk, és ezt követően 150 °C/óra sebességgel a hőmérsékletet 775 °C értékre növeltük. Ez utóbbit mintegy 10 órán keresztül biztosítottuk. A következő lépésben a rendszert a kemencéből kivettük és felöntés után irányított hűtésnek vetettük alá. Ebből a célból vízhűtéssel ellátott, alumíniumból álló, mintegy 305 mm hosszú, mintegy 229 mm széles és nagyjából 51 mm vastag lapra helyeztük. A felöntést úgy hajtottuk végre, hogy a tartály belső terét nagyjából 500 ml exoterm tulajdonságú felöntő anyaggal kitöltöttük (a Foseco Inc., Brook Park, Ohio, Feedal-9 jelű terméke) és a csónakot kerámia szálakból szőtt pokróccal (a Manville Refractory Products cég CERABLANKET márkanevű terméke) körbevettük. A felöntő anyag jelenlétére azért volt szükség, hogy az elrendezés felső részében exoterm reakció alakulhasson ki, ami kényszeríti az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot irányított módon megszilárdulni és így késlelteti az összehúzódással járó porozitások kialakulását a kész golyóálló anyagban.

A jelen példa szerint előállított minták, mint összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagok mechanikai jellemzői

115 közül többet megmértünk és a mérési eredményeket a II. táblázatban foglaljuk össze. A mechanikai jellemzők meghatározásához alkalmazott mérési eljárásokat a következőkben röviden bemutatjuk.

A húzőszilárdsáq mérése

A húzószilárdságot az ASTM B557-84 számú vizsgálati előírás szerint határoztuk meg. A vizsgálatra kijelölt anyagból 154 mm hosszú, 13 mm széles és 2,5 m vastag próbatesteket készítettünk. A négyszögletes keresztmetszetű próbatestek befogó része mintegy 10 mm széles és 19 mm hosszú volt, az átmérő pedig 76 mm. A négyszögletes keresztmetszetű próbatestek végeihez négy befogólapot erősítettünk epoxigyanta (a Dexter Corporation of High Sol Aerospace and Industrial Products cég, Seabrook, New Hampshire, terméke) segítségével, ahol a befogó lapok mintegy 51 mm hosszúak, 13 mm szélesek és 7,6 mm vastagak voltak. A négyszögletes próbatestek megnyúlását 350 ohm ellenállású mérőhíddal (a Micromeasurements cég, Raleigh, Észak-Karolina, CEA—06—375UW—350 jelű terméke) mértük. Az alumínium befogólapokkal ellátott próbatesteket Syntec típusú, 2269 kg terhelésű mérőcellákba helyeztük, amelyek a System Integration Technology Inc. (Straton, Massachussetts) cég által szállított CITS 2000/6 típusú univerzális anyagvizsgáló berendezéshez tartoztak. A mérőberendezés kimenetét számítógéppel kapcsoltuk össze, amivel az adatokat rögzítettük. A próbatestek húzását 1 mm/perc sebességgel végeztük egészen szakadásukig. A maximális húzóerőt, a maximális megnyúlást és a szakadási nyúlást a próbatest geometriájából, a számítógéppel rögzített mérési adatok alapján határoztuk meg.

116

A rugalmassági modulus mérése rezonanciamódszerrel

A találmány szerint előállított összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagok rugalmassági modulusát akusztikai rezonanciaparaméterek mérésével határoztuk meg, amikoris lényegében az ASTM C848—88 jelű módszert hasznosítottuk. A vizsgálandó anyagból mintegy 45 - 56 mm hosszú, nagyjából 6,1 mm széles és 4,8 mm vastag próbatesteket készítettünk, amelyeket egymástól gránittömbbel megtámasztott asztallal elválasztott két akusztikus generátor közé helyezünk. Az egyik generátort a próbatesten belül akusztikus rezgések keltésére, a másikat az anyag frekvenciaválaszainak érzékelésére használtuk. A frekvenciákat változtatva, a kapott válaszok szintjét érzékelve és követve a rezonanciafrekvenciák megállapíthatók voltak és így a rugalmassági modulust mérni lehetett.

Törésszilárdság mérése Chevron—féle bevágással

A találmány szerinti eljárással előállított összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag törésszilárdságát a Munz, Shannon és Bubsey által javasolt módszerrel határoztuk meg. A törésszilárdságot négypontos terhelésű, Chevron—féle bevágással létrehozott próbatest maximális terhelhetősége alapján lehetett megállapítani. A vizsgálatokhoz 45 - 55 mm körüli hosszúságú, mintegy 4,5 mm széles és 6 mm magas próbatesteket készítettünk, amelyekbe gyémántbetétes fűrésszel bevágást készítettünk oly módon, hogy az a próbatesten keresztül törést okozzon. Az így kapott próbatesteket univerzális anyagvizsgáló berendezésbe helyeztük. A Chevron—féle bevágást két 40 mm nagyságú csap között, a csapoktól mintegy 20 mm tá• · · •··· ···

- 117 volságra készítettük el. A próbatest felső részét két egymástól 20 mm-re levő csappal hoztuk kapcsolatba, amelyek a bevágástól 10 mm-re voltak. A maximális terhelhetőséget a Sintec CITS—2000/6 jelű univerzális anyagvizsgáló berendezéssel (a System Integration Technology Inc., Straton, Massachussetts, terméke) mértük. A vizsgálatok elvégzéséhez a keresztirányú előtolás sebességét 0,58 mm/perc—re választottuk. A terhelő egységet ebben az esetben is számítógépes adatgyűjtő berendezésre csatlakoztattuk, majd a próbatest geometriáját és a kapott maximális terhelést figyelembe véve a keresett törésszilárdságot számítással határoztuk meg. Egy adott anyagra több próbatestet vizsgáltunk, hogy így átlagos értéket nyerjünk.

Mennyiségi képelemzés

A mennyiségi képelemzés módszerével határoztuk meg a töltőanyag, a fém alapanyagból létrejött mátrix és a porozitások térfogati arányát. A találmány szerinti eljárással előállított összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagokból készült próbatestek felületét políroztuk. A polírozott felületet Nikon Microphoto—FX típusú optikai mikroszkóppal figyeltük meg, amelyhez DAGE—MTI Series 68 típusú videokamerát csatlakoztattunk. A videokamera jeleit a Lamont Scientific cég (State College, Pennsylvania) által gyártott DV—4400 típusú tudományos optikai analizátorba vezettük. Megfelelően választott nagyítás mellett az optikai mikroszkóp segítségével tíz videoképet vettünk fel és azt elektronikai úton tároltuk. A videoképek általában 50 x, illetve 100 x nagyítás mellett készültek, egyes esetekben 200 x nagyítást is használtunk, illetve ennél nagyobb mértékűt. Az elektronikai eszközöket a világítás kiegyenlítésé118 re hasznosítottuk, amire azonban a 200 x-nál nagyobb nagyítások esetében nem volt szükség. A kiegyenlített világítási jellemzőkkel felvett videoképeket színek és szürkeség szempontjából elemeztük, mindenkor rögzítve a próbatest minőségi és mennyiségi jellemzőit (alkalmazott töltőanyag, fém alapanyag, porozitás) . Annak ellenőrzése céljából, hogy a szín és az intenzitás hozzárendelése megfelelő volt—e, a hozzárendelés után kapott videoképeket összehasonlítottuk az eredetiekkel. Ha eltérést találtunk, a videoképek feldolgozását kézi működtetésű digitális tollal és digitalizáló asztallal korrigáltuk. Az optikai analizátor programozása lehetővé tette a megfelelő módon előkészített képek automatikus elemzését. Ennek eredményeként a képek felületére vonatkoztatva százalékban kaptuk a töltőanyag, a mátrixot alkotó fém alapanyag és a porozitás felületi részarányát. Ezek a százalékos részarányok megállapításunk szerint a térfogat egészére is érvényesek.

A fentiekben bemutatott módokon elkészített mintákat szobahőmérsékletre való lehűlésük után félbevágtuk annak megállapítása céljából, kialakult—e a kívánt összetételű összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag. Ebből a szempontból a vizsgálatok pozitív eredményekkel zárultak.

A mérésekkel megállapított mechanikai jellemzőket a II. táblázat foglalja össze.

3. Példa

Ez a példa annak bemutatására szolgál, hogy szilícium-karbid alapú töltőanyagok különböző keverékei jól felhasználhatók a spontán infiltrációs folyamat futtatásához. A találmány

θ'
<d	•*H
	•P
C	id	<d
.10	θ'	>1 <*>
to	O	C Ή
P	MH	Mtí -p
rH	P	P
:0	MU	<d
Eh	+J

•Ή 1	CJ
tn >	J ε
MU Φ	σ> ·
p P	'Φ td
:o Φ	tn cl
Eh 6	X

tn 1
d	0 -
ε	ε m
rH	5	d
<d	•rl rH	cu
θ'	ö> s	Ü
D	uö Ό
X	0)
•H
0>	1 *
ιφ	co
P	>1 'd	dP
:0	C rH
Eh

rH kŰ xf <*) r> r* in k£> xT xr o <n o CM

xrr4 koxr rHkO *K oo

Φ Φ co xr rH rH

CM kű σ» rH mh **1 oo

XI. Táblázat

	1 tn 0	ti, x:	d cu X
	><
«0	c	•H	*

tn «β tn p Ό P «d «d P <d ra P «d

I—I •d

N

0) '0

N '5 X

4>

to	1	I υ
'd	P	φ o
rH	ιφ	rH
'd		Λ! -
44	to	'Φ Φ
a	Λ	m P
a 1	1 Φ	- <d
Φ	75	Φ P
X	•H	•η Ό

:0

Eh

Φ tn md

N a> > φ c σ> φ ε

A.S <d >,

I c •h <d X -u

in	o	o	in	O	o	o	in	in
r·	o	o	r*	m	o	o	r*	r*·
	00	r*	r*	c-	00	00	r*	r-

in	o
rH	CM	O	O
		rH	rH

cn

o o

CM rH —00 in

o	rum	•P	r-	·-
CM	O	M fO	st <*>			rH	44	Λί
rH	CM	o	o			Φ	Ml)	'Φ
X	rH	CM	CM			N	44	Λ!
	X	rH	rH			Φ	to	tn
•P		X	X			Λ M	O	ο
P	•P						CO φ	Φ
0	rH	tn	tn			r—1	Ο N	Ν
P	'd	MP	Ml)			Φ	cm ra	ιη
N	c	xi	Λ!			>	Η Κφ	MD
tn	•rl	N	N		CM	1	< M	Ρ
<d	υ	Φ	Φ		r- CM	CM
>	rH	ε	ε	o	o	o	υ	υ
rH	d	φ	φ	ü>		P	•r|	•Η
0	44	rH	rH	X	N	N	ω	W

ffl
					ΜΙ)	•Η	η	•r|	•rl	•Η
	+		+	+		ω	MD	ω	ω	ω
Ő	Ο	κ	ο	Ο	+	ιη	+	ιη	CM	CM
•	•	rH	•	•	rH	rH	ο	rH	rH	rH
ο	Ο	Ο	ο	Ο	•	1	•	1	1	I
CM	CM	ο	CM	CM	Ο	rH	ο	rH	rH	rH
ιη	ιη		ιη	ιη	γ-		CM		X	<

i-ι in

J X z

520.0 TiB₂ lemezkék 20 775 461+36(10) 143+9(10) 0,754 136 19,1+0,9(7)

O CL

120

Jelmagyarázat a II. táblázathoz:

1—38 Alundum (Norton Co., Worcester, Massachussetts), 0,031 mm átlagos szemcsenagyságú termék

- C—75 RG (Álcán Chemicals, Montreal)

- T—64 jelű lemezkés alumínium-trioxid (Alcoa, Pittsburgh,

Pennsylvania) — Alfa típusú alumínium-trioxid lemezkék, F kísérleti foko- zat (E.I. DuPont de Nemours and Co. Inc., Wilmington, Delaware)

- TECO MgO, 120S fokozat (C-E-Minerals, Greenville, Ten- nesee)

- HSY—3SD (Zirconia Sales Inc., Atlanta, Georgia) — ZTA—85 (Zirconia Sales Inc., Atlanta, Georgia) — 39 Crystolon, 0,015 mm átlagos szemcsenagyságú (Norton

Co., Worchester, Más sachussetts) — gyártómű: C-Axis Technology Ltd., Jonquiere, Quebec, Kana- da — HTC—30 (Unión Carbide) — A—200 (Advanced Refractory Technologies Inc., Buffalo, New

York) + — legfeljebb 0,25 tömeg* Si, legfeljebb 0,30 tömeg* Fe, legfeljebb 0,15 tömeg* Mn, 9,5 — 10,6 tömeg* Mg, legfeljebb 0,15 tömeg* Zn és legfeljebb 0,25 tömeg* Ti tartalmú alumíniumötvözet ++ - 99,7 *-os tisztaságú alumínium (0,3 tömeg* szennyezés) ! - 11,0 - 13,0 tömeg* Si, legfeljebb 2,0 tömeg* Fe, legfeljebb 0,35 tömeg* Mn, legfeljebb 0,10 tömeg* Mg,legfeljebb 1,0 tömeg* Cu, legfeljebb 0,50 tömeg* Ni, legfeljebb

121 ·*♦· ** ·· · * · · * 4 · * * · · * · ·· * ’ (a jelmagyarázat folytatása a II. táblázathoz

0,50 tömeg* Zn és legfeljebb 0,15 tömeg* Sn tartalmú alumíniumötvözet x — legfeljebb 0,35 tömeg* Si, legfeljebb 0,40 tömeg* Fe, legfeljebb 0,20 tömeg* Mn, 1,6 — 2,6 tömeg* Cu, legfeljebb

0,20 tömeg* Ti, 2,6 — 3,4 tömeg* Mg, 0,18 - 0,35 tömeg*

Cr, és 6,8 — 8,0 tömeg* Zn tartalmú alumíniumötvözet.

szerinti eljárást ezért a töltőanyag különböző összetételei mellett és változó megmunkálási feltételekkel megvalósítottuk. A III. táblázat összefoglalja azokat a kísérleti körülményeket, amelyeket az eljárás megvalósításához biztosítottunk, feltüntetve a fém alapanyagokat, a töltőanyagokat, a megmunkálás hőmérsékletét és időtartamát.

Q. —AH. Minták

A mintákat a III. táblázatban foglalt összetételekkel és megmunkálási feltételekkel készítettük el, előkészítésüket az

1. példa C. mintájához hasonlóan biztosítottuk, azzal a különbséggel, hogy a grafitfóliából álló doboz fenéklapjához a töltőanyag beadagolása előtt magnéziumport nem ragasztottunk. Az előállítás is az 1. példa C. mintájánál alkalmazott elrendezésben történt (III. táblázat, Q., R., S., T., U., V., X., Y. , Z.,

AA., AB., AC., AD., AE., AF, AG., AH. minta).

AI. és AJ. Minta

Ezeket a mintákat a találmány szerinti eljárásnak az 1. példában bemutatott K. minta megvalósításánál alkalmazott változatához hasonló módon és elrendezésben készítettük el.

• ·

I

CM

CM rH

I

0»

<8

•Η

+>

α

<0 φ

,<e

σ' >. <*

<o

Ο C Ή

τΗ

kű

m

ιη

σι

οι

ιη

I

I

ι

u

Ή «β 44

ιη

ιη

k0

ιη

10

ιη

ιη

k0

ιη

1

1

1

rH

Ρ Ρ

:O

«Φ Φ

44

cn

* ε

σ»

ιΗ

οι

rH

ιη

η

«Η

θ'

ο

σ*

»3

,1 σ' υ

co

αο

αο

σ>

σ

σ»

σ»

σ>

σι

CD

σ»

οο

ί3 φ) \

«»

*

κ

κ

*.

•χ

W

Ρ Φ θ'

ΟΙ

ΟΙ

οι

οι

οι

οι

οι

οι

οι

οι

οι

οι

ΟΙ

ζ-χ,

X—κ

η

Λ

ζ**χ

Ζ—<.

ζ-χ.

ζ—ο

Ζ-»»

Ζ-».

ζ—ο

ιη

ιη

ιη

γΗ

σ«

00

k0

k0

kO

ιη

φ

ιη

Μ—·

Χ»βΖ

Χ..Ζ

«X—*

Χ»ζ

«^z

•χ-ζ

»—Ζ

X—ζ

X—<ζ

0)

φ σ' ε

Γ*

<43

cn

Ο

Γ*

οι

Ο

cn

CM

σ>

ιΗ

Φ)

Ρ Φ) ·

ΓΌ

04

ο

cn

Κ0

ο

οι

k0

ιΗ

σι

P

Φ ω Φ

κ

:O

ε α.

ο

σ»

tH

αο

C0

00

αο

σι

αο

ο

σι

Ο

Eh

X

»Η

rH

γΗ

ιΗ

a υ

1

ÍO ο

3

Ν **>

(Ν

Φ1

Φ·

Φ

ιη

ο

CD

CD

cn

οι

00

θ'

•Η Q)kO

'Φ

ra >, 1

ΟΙ

τΗ

ιΗ

Ο

σ»

ο

Ο

σι

θ'

«Η

»Η

ο

<*·>

«β α ο

«Η

«Η

«Η

«Η

»Η

τΗ

»Η

ιΗ

«Η

»0

«Η 'φ »Η

®

Ρ ·

1 tn

1

Φ

ό ·

ε

ε μ

rH

3 Λ

ιη

cn

00

ιη

ιη

ο

σ

Φ·

ιη

σι

Φ

Η Η

<0

ο

00

σι

00

σι

cn

rH

θ'

r*

Γ*

ο

θ'

θ' 3 Ο

τΗ

<Η

rH

<Η

rH

rH

τΗ

ΟΙ

ιΗ

♦Η

γΗ

οι

5

'Φ Ό

«

CD

•H

0)

1 *

cn

γΗ

cn

Ο

ιη

ιη

C0

C0

Φ·

σ'

00

Φ)

'3 (0

cn

10

cn

rH

σ

η

ιη

σ

00

οι

P

>1 «β <*>

«Η

<—1

rH

rH

ο

«Η

ο

ο

ο

rH

τΗ

οι

:O

C

*»

κ

*>

κ

*.

κ

H

ο

ο

ο

ο

ο

ο

ο

ο

ο

ο

ο

ο

1

θ' '

Q

•H

ζ^»

κ

ζ·^

ζ^ι

ζ*

ζ^

ζ^

ζ“·»

N

'<β φ

k0

kO

Φ

ιη

ιη

οο

φ>

ιη

ιη

ιη

ιη

CD

Φ 44 Φ

Χχ—*

·»—·

*·*

*«ζ

χζ

W»

XwZ

««ζ*

'0

Ό Φ) Λ

<·

οι

ο

ιη

m

10

k0

00

σ»

ΟΙ

00

Ο

N

H 3 S

cn

00

k0

ιη

Ο·

αο

cn

kD

00

Γ*

m

'3

'Φ Μ

ιΗ

τΗ

rH

rH

Η

rH

τΗ

«Η

ιΗ

ιΗ

οι

X

<Η \φ

CD

ι ι υ

'Φ

Ρ Φ ο

Ο

ο

ο

Ο

Ο

ο

ο

Ο

ο

Ο

Ο

ο

rH

νφ 1-1

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

'Φ

,g χ χ

Ο*

Γ*>

Γ*

Γ*

Γ*

Γ*

Γ*

Γ*

Γ*

r*

44

ίο 'Φ φ

α

χ: οι ρ

3

ε

1

cy

φ - φ

φ

Ό Φ Μ

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

ιη

X

•Ρ ·Γ-ι '0

rH

tH

τΗ

ιΗ

ιΗ

«Η

«Η

τΗ

ιΗ

ιΗ

rH

tH

Φ

Λ

ο

Φ

η

υ

Φ

Λ

σ

Φ

U

Λ

Φ

Φ

φ

Φ

Ό

Φ

Φ

Ό

Ό

Φ

k0

Φ

Φ

44

44

44

44

Λ!

Λ!

44

44

44

44

44

44

θ' <η

'Φ

'Φ

'Φ

'Φ

Φ)

'φ

Φ)

Φ)

φ)

Φ)

'Φ

'Φ

Φ 'φ

Ρ

Ρ

Ρ

Ρ

Ρ

Ρ

Ρ

Ρ

Ρ

Ρ

Ρ

Ρ

>, Ν

Φ

Φ

Φ

Φ

Φ

φ

Φ

Φ

Φ

Φ

Φ

Φ

α φ

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

,φ >

Φ

Φ

Φ

Φ

Φ

φ

Φ

Φ

Φ

Φ

Φ

Φ

»0 Φ

Λ!

44

44

44

41!

44

44

44

44

44

44

44

-Ρ C rH ζρ

Ο

Ο

Ο

Ο

Ο

υ

Ο

Ü

Ο

Ü

Ü

Ο

:0 Φ

•Η

•Η

•Η

•Η

•Η

·»4

♦*4

-Ρ

•Ρ

•Ρ

Ρ

•Η

η ε

W

W

ω

W

W

W

W

W

W

C0

W

σ>

θ'

θ'

X

X

X

ΟΙ

οι

ΟΙ

—·

—·

—4

1

1

1

ca

ca

<a

—*

—·

—♦

—·

*·

1 01

♦Η

•Η

•Μ

ο

ο

ο

οι

οι

ΟΙ

ο

ο

Ο

ω

«

W

•

•

•

•

•

•

•

•

•

& φ

ΟΙ

οι

οι

k0

k0

10

ο

ο

ο

cn

cn

cn

Φ >1

»Η

«Η

τΗ

cn

cn

ο

σ»

σι

σ»

«Η

ιΗ

ιΗ

rH C < φ

I rH

I rH

I ιΗ

cn

m

cn

cn

cn

η

C

<

I α

•Η Φ

οι

κ

w

Η

Ο

>

3

X

04

0

X -Ρ

2

ι n CM rP

I (A III. táblázat folytatása)

θ'
m	P
>1	P>	h.
c	td	<d
,ιβ	θ'	>, <*
»o	Q	C Ή		r*	r*	Γ*	tn	in	CM	td
P	UP	Md 4J	in	in	m	kO	kO	KO	r~	r*
rH	P	P
:0	MU	<d
Ep	-P
		m
		- g	kO	in	CM	KO	O	in
,1	1	θ' o	os	σ*	O	O	OS	OS	I	I
<3	t3	Ml) \	te			te	te	te	1	1
w	P	η σ>	CM	CM	m	ΠΊ	CM	CM
		CM
	1		tn	in	KO	KO	K0	kO
•P	>	^rp		•*W*>		*w*
tn	a)	σ> g	n	rH	00	k0	00	CM	I	1
Ό)	P	MU .	ko	in	ω	Γ*	rH	in	1	1
P	a>	tn <d		te	te	te	te	te
:O	g	cu	os	o	o	co	o	r*·
H		X		rH	td		td
	M o
1		<0 o
3		bJ		σ»	r-	CM	CM	r-
θ'	•d	φ KO		te	te	te	te	te	I	I
vd	m	>1 1	n	td	t-H	o	o	00	1	1
P>		C O	rH	rH	td	td	td
to	r-l	Ml) rH
X		4-» ·
1 tn
<d	0	te
g	s	to
rp		3 <d	o	r*	KO	o	o	00	I	I
<β	•d	rp CU	KO	r-	r-	σ»	rH	co	1	1
cn	CT	3 O	rH	rH	rH	td	CM	rH
3	'β	Ό
X	ro
•P
tn		s	in	in	n	Γ*	KO	OS
Ό)	'3	to	ko	c*>	ko	CO	OS
P	S 'td dP	rH	rH	td	o	O	o	I	I
:o	c	rH	te	te	te	te	te	te	1	1
F<			o	o	O	o	o	o
1 •d	σ'	te
N	'<d	Φ	in	<O	in		in	tn
m	tn	3! <d		*·*				««τ
'0	σ	MD cu	ΠΊ	rH	Π	CM	00	n	I	I
N	P	4J X	O	O	o	CM		CM	1	1
'3	'td	P	CM	CM	CM	rH	rH	rd
X	rH	'Φ
m	1	1 ü
xtd	P	φ o	o	O	O	O	O	o	o	o
rH	Ό)	rH	in	m	in	in	in	m	tn	in
MŰ	.2	-	r-	r*	r*	>	r*	r*	r-	r-
X	»0	'φ Φ
β	Λ	tn u
3
	- td							in te	in te
Φ	Ό	Φ P	in	m	in	in	in	m	rH	rd -
X	•P	•rí Ό	rH	td	td	td	td	rH
			tű	υ	JQ	CO	00	00	co	00
			KO	Ά0	to	td	rH	rH	rp	rp
		Φ	X	X	X	X	X	X	Λ	Λ
	σ	tn	'Φ	Ό)	'Φ	'Φ	'Φ	κφ	MB	MB
	td	'Φ		M	U	d			P	P
		N	0)	Φ	Φ	Φ	Φ	Φ	Φ	Φ
	a	Φ	>	>	>	>	>	>	>	>
		>	0)	Φ	Φ	Φ	Φ	Φ	Φ	Φ
	»0	Φ	X	X	X	X	X	X	•X	J4
	4J	c
	rd	σ<	O	o	o	o	□	ü	o	ü
	:0	φ	•d	•d	’d	‘d	•d	•d	•P	-P
	H	g	ω	ω	co	ω	C0	co	w	ω
			a	3	3	CP
				□	O	£
			in	in	in	CM			•P	•P
			1	1	1	1	—·	c3	w	ω
			•d	•d	•d	•d	o	O	in	in
	1	t?	ω	cn	w	ω	•	•	rp	rp
	Q.	<d	CM	CM	CM	CM	m	Ό	1	1
	td	>1	t—1	rH	td	rH	rH	m	rd	rp
	rH	c	1	1	1	1		m
	<	<d	rd	rd	rd	rd
			X	X	<<
	1 a
	•P	<d	□	Q		Cu	0		H
	X	P>		X	2	<	<	2

• 4 ·

- 124 Jelmagyarázat a III. táblázathoz:

6—39 Crystolon (Norton Co., Worcester, Massachussetts),

6a - 0,031 mm átlagos szemcsenagyságú

6b - 75 tömeg* 0,065 mm átlagos szemcsenagyságú, 25 tömeg*

0,020 mm átlagos szemcsenagyságú szemcsézettséggel

6c - 85 tömeg* 0,065 mm átlagos szemcsenagyságú, 15 tömeg* 0,020 mm átlagos szemcsenagyságú szemcsézettséggel

D — a zárójelben adott számok a vizsgált próbatestek számát jelentik

E — a 20 — 500 °C hőmérséklettartományra vonatkozó átlagérték (az Adamel Lhomargy francia cég Dl—24 típusú mérőműszerével mérve) & - 11,0 - 13,0 tömeg* Si, legfeljebb 1,2 tömeg* Fe, legfeljebb 0,35 tömeg* Mn, 0,7 - 1,3 tömeg* Mg, 0,5 - 1,5 tömeg* Cu, 2,0 - 3,0 tömeg* Ni, legfeljebb 0,10 tömeg* Zn valamint legfeljebb 0,25 tömeg* Sn tartalmú alumíniumötvözet, ! — 11,0 — 13,0 tömeg* Si, legfeljebb 2,0 tömeg* Fe, legfeljebb 0,35 tömeg* Mn, legfeljebb 0,10 tömeg* Mg, legfeljebb 1,0 tömeg* Cu, legfeljebb 0,50 tömeg* Ni, legfeljebb 0,50 tömeg* Zn és legfeljebb 0,15 tömeg* Sn tartalmú alumíniumötvözet, !! — 16,0 — 18,0 tömeg* Si, 0,6 — 1,0 tömeg* Fe, 4,0 — 5,0 tömeg* Cu, legfeljebb 0,10 tömeg* Mn, 0,5 — 0,65 tömeg* Mg, legfeljebb 0,10 tömeg* Zn és legfeljebb 0,20 tömeg* Ti tartalmú alumíniumötvözet.

A Q. — AJ. minták előállítása után, miután szobahőmérsékletre lehűltek, a kapott golyóálló anyagokat átmetszettük és szemrevételezéssel ellenőriztük, milyen szerkezet jött létre. A

- 125 minták mindegyikénél megállapítható volt, hogy az alumínium fém alapanyag a töltőanyagot befogadó mátrixot alkotott, tehát a találmány célját elérve összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyag alakult ki.

4. Példa

Annak bizonyítására, hogy a külső lezárás alumínium mátrixképző fém alapanyagból készült összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag létrehozását lehetővé teszi és maga a lezárás milyen fontos, két hasonló elrendezést hoztunk létre. A két elrendezés közötti különbség lényege abban állt, hogy az egyiket egy külső lezárást alkotó anyagréteggel, míg a másikat ilyen réteg nélkül alakítottuk ki.

A 4. példa megvalósításához kialakított egyik elrendezést vázlatosan a 2. ábra mutatja, mégpedig azt, amelynél külső fedőréteget alkotó lezárás van kiképezve. Visszatérve az elrendezésekre, az egyik külső 34 lezárással, a másik e nélkül készült el, mégpedig 32 impermeábilis falú tartályokkal, amelyek hengeres edények voltak. A 32 impermeábilis falú tartályok belső átmérője mintegy 60 mm, magassága mintegy 64 mm, anyaga pedig 1,6 mm vastag AISI 304 jelű rozsdamentes acél volt, mindkettőt szintén 1,6 mm vastag rozsdamentes acéllemezből készítettük 35 cső és ugyancsak 1,6 mm vastag rozsdamentes acéllemezből álló 36 alaplemez összehegesztésével. A 35 cső mintegy 60 mm belső átmérőjű és mintegy 64 mm hosszú, míg a 36 alaplemez 83 mm X 83 mm méretű volt. Mindkét 32 impermeábilis falú tartály fenéklapjára a 31 töltőanyagból mintegy 150 g—nyi mennyiséget rétegeztünk, ez az anyag a Norton Co. cég (Worces126 tér, Massachussetts) 38 Alundum jelű alumínium-trioxidjából 0,17 mm lyukbőségű szitával nyert szemcsézettségű frakcióból állt. A 33 mátrixképző fém alapanyag mintegy 575 g 170.1 jelű alumíniumötvözet volt, amely a kereskedelmi forgalomban beszerezhető. Az olvasztott állapotú 33 mátrixképző fém alapanyagot a szobahőmérsékleten tartott 32 impermeábilis falú tartályokba öntöttük, hőmérséklete mintegy 900 °C volt. A 2. ábra szerinti elrendezésnél az olvadék állapotú 33 mátrixképző fém alapanyagot ezt követően a 34 lezárást alkotó anyaggal borítottuk be. Az adott esetben ez az Aesar Co. (Seabrook, New Hampshire) által gyártott B₂O₃ port jelentett, amellyel beborítottuk az olvasztott állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag felszínét. A kísérleti elrendezéseket ezután ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú tokos kemencébe helyeztük, amelyet előzetesen 900 °C körüli hőmérsékletre felfűtöttünk. Mintegy tizenöt perc elegendő volt ahhoz, hogy a 34 lezárást alkotó B₂O₃ teljes mértékben megolvadjon és üvegszerű réteget képezzen. Ennek a megoldásnak az az előnye is, hogy a bór—trioxidban jelen levő víz lényegében teljes mennyisége elpárologjon és a vízgőz eltávozásával a 34 lezárás kiegészítőén gázokkal szemben szintén alapvetően lezáró jellegű réteget alkotott. Mindkét elrendezést mintegy 2 órán keresztül a kemence lényegében 900 °C hőmérsékletén tartottuk. A hevítés befejeztével az elrendezéseket kiemeltük a kemencéből, a 32 impermeábilis falú tartályokat a 36 alaplemezek révén közvetlenül vízzel hűtött réz hűtőlapokra helyeztük és így az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyagokat irányított módon lehűtöttük.

127

Az elrendezések hőmérsékletét a hűtés révén a környezeti értékre csökkentettük le, majd átmetszettük őket, mivel meg kívántuk állapítani, vajon az olvasztott állapotú 33 mátrixképző fém átjárta-e a 31 töltőanyag tömegét. Megállapítottuk, hogy a 34 lezárás jelenlétével működtetett 2. ábra szerinti elrendezésben összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag jött létre, míg ugyanilyen jellegű golyóálló anyag kialakulása a 34 lezárás nélkül létrehozott elrendezésben nem volt megfigyelhető, vagyis a találmány szerinti eljárás szempontjából a 34 lezárás jelenléte alapvetően fontos volt.

5. Példa

Bizonyítani kívántuk, hogy a külső 34 lezárás az az elem, amelyik lehetővé teszi a javasolt eljárás megvalósítását bronz alkalmazása mellett. Ez a példa a 34 lezárás fontosságát is mutatja. Ez esetben ugyancsak a 4. példa szerinti elrendezéseket használtuk, azzal a különbséggel, hogy a 33 mátrixképző fém alapanyagot mintegy 93 tömeg%-ban rézből, mintegy 6 tömeg%—bán szilíciumból és mintegy 1 tömeg%—bán vasból álló bronzötvözet alkotta. A 31 töltőanyag összetétele és mennyisége szintén megegyezett a 4. példa szerintivel. A 32 impermeábilis falú tartályt és a 34 lezárást ugyancsak a 4. példa szerint választott rozsdamentes acélból és bor—trioxidból alakítottuk ki. Az olvasztott 33 mátrixképző fém alapanyag biztosítása céljából az előbbiekben meghatározott bronzötvözetet mintegy 1025 °C hőmérsékletre melegítettük, ezzel megolvasztottuk, majd az olvadékot szobahőmérsékleten tartott 32 impermeábilis falú tartályokba öntöttük. Az így kapott elrendezéseket, vagyis a 32 impermeábi·♦·> ·· * ♦ · · • · • · ·

- 128 lis falú tartályokat és a bennük elrendezett alapanyagokat a 4. példa megvalósításához használt ellenállásfűtésű kemencébe helyeztük, amelyet azonban előzetesen magasabb, hozzávetőlegesen 1025 °C hőmérsékletre melegítettünk. A kemence belső terének hőmérsékletét ezt követően mintegy 20 perc alatt nagyjából 1100 °C-ra emeltük, ennek hatására a bór-trioxid por lényegében teljes mértékben megolvadt, belőle a gázok és gőzök eltávoztak, üvegszerű gázzáró réteg keletkezett. Mintegy 2 órán keresztül mindkét elrendezést a hozzávetőlegesen 1100 °C megmunkálási hőmérsékleten tartottuk, majd a kemencéből eltávolítottuk. Ezt követően a 36 alaplapok révén a 32 impermeábilis falú tartályokat vízhűtésű rézlemezhez illesztettük, amelyek hűtő hatásával a létrehozni kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag hőmérsékletét az anyag megszilárdulásáig irányított módon csökkentettük.

Miután az elrendezések hőmérséklete a környezeti értékre csökkent le, azokat átvágtuk annak megállapítása céljából, hogy az olvasztott állapotú 33 mátrixképző fém képes volt-e a 31 töltőanyagot átjárni és a kívánt kerámia jellegű golyóálló anyagot létrehozni. A 4. példával azonos eredményekre jutottunk. A 34 lezárással, tehát üvegszerű bór—trioxid réteggel védett elrendezésben létrejött az összetett szerkezetű bronz mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag, míg a 34 lezárás nélküli elrendezésben ez nem volt megfigyelhető.

6. Példa

Ezzel a példával azt kívántuk bizonyítani, hogy mennyire fontos a gázokkal szemben 32 impermeábilis falú tartály alkal• · · · · *··* : · ·

- 129 mazása, ha a 33 mátrixképző fém alapanyag alumínium. Ennek a példának a megvalósításához öt tartályt készítettünk elő, ebből egy gázáteresztő falú volt, míg négy tartály fala a gázzal szemben impermeábilis anyagból állt. Ez utóbbi négy tartályból az első AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készült hengeres edény, a második a kereskedelmi forgalomban kapható, mázzal borított kerámia anyagú kávésbögre, a harmadik AISI 304 típusú rozsdamentes acélból készült és felületének egy részén bór—trioxiddal borított hengeres edény, míg a negyedik ugyancsak mázzal fedett alumínium—trioxid edény volt. A gázokat áteresztő falú tartály porózus agyagból készült. A kísérleti paraméterek összefoglalását a IV. táblázat tartalmazza.

ΒΆ. minta

A mintegy 60 mm belső átmérőjű és nagyjából 64 mm magasságú hengeres edényt, amelyet AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készítettünk, mintegy 150 g 31 töltőanyaggal töltöttünk ki, amely a Norton Co. által gyártott 38 Alundum jelű 0,17 mm átlagos szemcseméretű alumínium—trioxid volt. Itt 33 mátrixképző fém alapanyagként olyan alumíniumötvözetet használtunk, amely alumínium mellett 7,5 — 9,5 tömeg% szilíciumot, 3,0 — 4,0 tömeg% rezet, legfeljebb 2,9 tömeg% cinket, 2,2 - 2,3 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 1,5 tömeg% vasat, legfeljebb 0,5 tömeg% mangánt és legfeljebb 0,35 tömeg% ónt tartalmazott. Ezt az anyagot ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú kemencében 900 °C hőmérsékletre hevítettük, megolvadt állapotban a hengeres edénybe öntöttük. A fémolvadék felületére az Aesar Co. által gyártott porított bór-trioxidot szórtunk, vagyis lényegében a

2. ábra szerinti elrendezést alakítottunk ki. Ezt az elrende-

130 zést, vagyis a tartályt és tartalmát az ellenállásfűtésű kemence 900 ’C-ra előmelegített belső terébe helyeztük, ezt követően mintegy tizenöt perc alatt a bőr—trioxid teljes mennyisége megolvadt, belőle a gázok és gőzök eltávoztak, az alumínium felületén üvegszerű, gázokkal szemben impermeábilis réteg keletkezett. Az elrendezést további két órán keresztül hagytuk a kemence megadott hőmérséletű belső terében. Ezt követően az elrendezést a kemencéből kiemeltük és vízhűtésű rézlemezre helyeztük, amivel tartalmát irányított módon hűtöttük.

BB. minta

A BA. minta előállításánál követett lépéseket ismételtük meg, de azzal a különbséggel, hogy a 32 impermeábilis falú tartályt ez esetben kereskedelmi forgalomban beszerzett, mázzal bevont kávésbögre alkotta, mégpedig a 2. ábra szerinti elrendezésben.

BC. minta

A 32 impermeábilis falú tartályt ez esetben nagyjából 43 mm belső átmérőjű és mintegy 64 mm magasságú hengeres edényként ugyancsak AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készítettük el. Ennek belső felületét részben az Aesar Co. által szállított bór—trioxid porral borítottuk, amelyből a tartály belsejébe mintegy 13 mm-nyi került. Ezt követően a tartályt ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú kemencébe helyeztük, 1000 °C körüli hőmérsékletre melegítettük. Ennek hatására a bór-trioxid megolvadt. Az ily módon gáztalanított bór—trioxid olvadékot befogadó tartályt a kemencéből kiemeltük és hossztengelye körül forgásba hoztuk, aminek hatására a bór—trioxid olvadék a belső fal tel-

- 131 jes felületét beborította. A belülről lényegében teljes mértékben bór—trioxiddal borított tartály belső terébe ezt követően mintegy 19 mm—es mélységű rétegben 31 töltőanyagot helyeztünk el, amely a Norton Co. cég (Worcester, Massachussetts) által gyártott 39 Crystolon márkanevű szilícium—karbid 0,28 mm lyukbőségű szitával nyert frakciójából állt. Behelyezéskor a 31 töltőanyag mintegy 90 °C hőmérsékletű volt. Mint 33 mátrixképző fém alapanyagot önmagában ismert 1100 jelű alumíniumötvözetet választottunk, ezt megolvasztottuk és belőle a 31 töltőanyagot beborító mintegy 19 mm mély réteget hoztunk létre. A bór—trioxiddal bevont tartályt és a benne levő anyagokat ezt követően az ellenállásfűtésű kemence belső terébe helyeztük, amelynek hőmérsékletét mintegy 1000 °C—ra állítottuk be, majd ott tizenöt percen át ott tartottuk, de a behelyezés előtt a megolvadt 33 mátrixképző fém alapanyag felületére 20 g bór-trioxidot vittünk fel szórással. Ez az idő elegendő volt a porszerű bór—trioxid teljes tömegének megolvasztásához és gáztalanításához. így gázokkal szemben nem áteresztő 34 lezárást hoztunk létre. Az elrendezést további egy órán keresztül a kemence belső terében tartottuk, majd onnan a tartályt és a benne levő anyagokat eltávolítottuk, hagytuk szobahőmérsékletre lehűlni és eközben megszilárdulni.

BD. minta

A 32 impermeábilis falú tartályt minteg 152 mm magas és nagyjából 51 mm külső átmérőjű edényként állítottuk elő. Ebből a célból hozzávetőlegesen 84,2 tömeg% alumínium—trioxidot (az Alcoa cég, Pittsbourgh, Pennsylvania, Al-7 jelű termékét), mintegy 1 tömeg% Darvan 8214 jelű készítményt (az R. T. Van• ···· ·· «» · ·· ··«··« » · · * · • · · · · ·

- 132 derbilt and Co. cég, Norwalk, Connecticut terméke) és a maradék mintegy 14,8 tömeg%-ban desztillált vizet kevertünk össze, mégpedig 18,9 dm³ térfogatú kőedényben, amelyet nagyjából térfogatának egynegyedéig 13 mm átmérőjű alumínium-trioxid őrlő közeg töltött ki. Az anyagot nagyjából 2 órán keresztül golyós malomban őröltük, homogenizáltuk, majd az öntésre kész keveréket a fentiekben meghatározott méretű hengeres tartály előállítására alkalmas öntőedénybe töltöttük.

A keverékből hengeres edényt készítettünk, amelyet szobahőmérsékleten hozzávetőlegesen 1 napon keresztül szárítottunk, majd 1400 °C hőmérsékletre hevítettünk, mégpedig a hőmérsékletet 200 °C/h ütemben növelve. A kijelölt hőmérsékletet elérve azt két órán át tartottuk, majd a kapott terméket szobahőmérsékletre lehűtöttük. A leírt kiégetést és a lehűtést követően a henger külső felületét mintegy 60 tömeg% FL—79 márkajelű zománcot (a Fusion Ceramics cég, Carroliton, Ohio terméke) és a maradék mintegy 40 tömeg%—bán etilalkoholt tartalmazó keverékkel vontuk be. Az alapzománccal így beborított hengert ellenállásfűtésű kemencébe helyeztük, abban a hőmérsékletet mintegy 200 °C/h ütemben emelve 1000 °C-ra növeltük és ezzel a hengeren alumínium-trioxid alapú mázt hoztunk létre, amely annak anyagán gázzal szemben impermeábilis réteget alkotott. A hűtést a hőmérsékletet az említett ütemben csökkentve biztosítottuk. A lehűlt és mázzal borított hengert a 31 töltőanyaggal telítettük, mégpedig 39 Crystolon jelű szilícium-karbidból (a Norton Co. cég terméke) 0,17 mm lyukbőségű szitával kapott frakcióval. Az így létrehozott elrendezést kemencébe helyeztük és annak belső terét ugyancsak mintegy 200 °C/h hőmérsékletemelési ütemmel

133

felmelegítve 950 °C körüli hőmérsékletre hevítettük. Az öntőedényt a kemence belső terében tartva megolvadt 33 mátrixképző fém alapanyaggal öntöttük fel, amely mintegy 10 tömeg% magnéziumot és ugyancsak mintegy 10 tömeg% szilíciumot tartalmazó alumíniumötvözet volt. A megolvadt 33 mátrixképző fém alapanyag felületét szórással porított bór—trioxiddal borítottuk be. A hőmérsékletet mintegy 1 órán keresztül a 950 °C körüli értéken tartottuk, majd mintegy 850 °C—ra lecsökkentettük és ezután a kemencéből az öntőedényt tartalmával együtt eltávolítottuk, tartalmát hagytuk megszilárdulni és ezután vízbe merítve gyorsan lehűtöttük. A zománccal borított alumínium-trioxid anyagú test ennek hatására széttöredezett és belőle az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag kinyerhető volt. Ez utóbbi külső felülete sima volt.

A szobahőmérsékletre lehűlt elrendezéseket átmetszettük annak meghatározása céljából, hogy a 33 mátrixképző fém alapanyag mennyire járta át a 31 töltőanyagot. A BA., BB., BC. és BD. minták esetében megállapítható volt, hogy összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag jött létre.

BE. minta

A BA. minta előállításánál követett eljárást hajtottuk végre azzal a különbséggel, hogy a 32 impermeábilis falú tartály helyett porózus agyagedényt használtunk a 2. ábra szerinti elrendezés létrehozásához (ez a J. H. Berge Co., South Plainfield, New Jersey cég 28—1000 számjellel ellátott DFC típusú edénye volt). A leírt lépések végrehajtása eredményeként azt kellett megállapítani, hogy összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag nem alakult ki. Ez a példa bi···

- 134 zonyítja, hogy szükség van a 32 impermeábilis falú tartály alkalmazására.

7. Példa

Ennek a példának a megvalósításával azt kívántuk bemutatni, hogy a gázzal szemben 32 impermeábilis falú tartály alkalmazása akkor is fontos, ha a 33 mátrixképző fém alapanyag alumínium helyett bronz. Ez esetben egy gázt áteresztő falú és két gázzal szemben impermeábilis falú tartály alkalmazását hasonlítottuk össze. Ez utóbbi kettő AISI 304 jelű rozsdamentes acélból, illetve kolloidális grafittal borított szénacélból készült tartály volt. A permeábilis falú tartály porózus agyagedényként volt kialakítva. Az ennek a példának a megvalósításával nyert eredményeket, illetve a fontos kísérleti paramétereket szintén a IV. táblázat foglalja össze.

BF. minta

Az AISI 304 jelű rozsdamentes acélból készült tartály mintegy 60 mm belső átmérőjű és nagyjából 64 mm magas hengeres edény volt, amelynek belső terébe a Norton Co. által szállított 38 Alundum jelű alumínium—trioxid 0,17 mm szemcsézettségű frakciójából mintegy 150 g—ot juttattunk. Ezt mintegy 6 tömeg% szilíciumot és mintegy 1 tömeg% vasat tartalmazó rézötvözettel hoztuk kapcsolatba, mégpedig az utóbbinak 1025 °C hőmérsékleten történő megolvasztása után. A fémolvadékot a rozsdamentes acélból készült edény belső terébe öntöttük, felületére az Aesar Co. által szállított porított bór—trioxidot szórtunk. Az így előállított elrendezést 1025 °C körüli hőmérsékletre előmelegített ellenállásfűtésű kemencébe helyeztük, amelynek hőmérsékle-

135 ···* ·♦· tét mintegy húsz perc alatt 1100 ’C-ra emeltük. Ez elegendő volt a bór-trioxid por szinte teljes mennyiségének átolvasztásához, gáztalanításához és a bronz 33 mátrixképző fém alapanyag felületén a gázokkal szemben impermeábilis bevonatot alkotó 34 lezárás létrehozásához. A megemelt hőmérsékletet további 2 órán keresztül tartottuk fenn, majd az elrendezést a kemencéből kiemeltük és a 33 mátrixképző fém alapanyag irányított hűtése céljából vízhűtésű rézlemezre helyeztük.

BG. minta

Egyik végén zárt, trapéz keresztmetszetű 32 impermeábilis falú tartályt mintegy 2 mm vastag szénacélból állítottunk elő úgy, hogy megfelelő méretű lemezeket egymáshoz hegesztettünk. így 76 mm X 76 mm nagyságú zárt véggel, 92 mm X 92 mm nagyságú nyitott véggel és mintegy 64 mm magassággal kialakított tartályt nyertünk. Ennek belső felületét mintegy 1,5 térfogatrész etilalkoholban (a Pharmco Products, Inc., Bayonne, New Jersey gyártmánya) eloszlatva mintegy 1 térfogatrész DAG—154 jelű kolloidális grafitot (az Atheson Colloids, Port Horon, Michigan terméke) tartalmazó grafitkeverékkel borítottuk be. Légáramban ebből a grafitkeverékből legalább három réteget vittünk fel a tartály belső felületére. Minden réteget kialakítása után kiszárítottunk és a következő réteget a száraz alapra vittük fel. A belső felületén bevont tartályt ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú kemence belső terébe helyeztük, ahol mintegy 2 órán keresztül 380 °C körüli hőmérsékleten tartottuk. A tartály fenéklapjára mintegy 13 mm vastagságban a Norton Co. El Alundum jelű 0,17 mm szemcsézettségű alumínium-trioxidjából álló 31 töltőanyagot rétegeztünk, amelynek felületét nagyjából

136 kiegyengettük. Az alumínium-trioxidból álló 31 töltőanyag egyenletes magasságú felületét ezt követően lényegében teljesen mintegy 0,25 mm vastagságú grafitszalaggal borítottuk be. Ez a TT America, Inc., Portland, Oregon PF—25—H fokozatú grafitszalagja volt, amelyet Perma-foil név alatt forgalmaznak. Itt 33 mátrixképző fém alapanyagként mintegy 6 tömeg% szilíciumot, mintegy 0,5 tömeg% vasat és mintegy 0,5 tömeg% alumíniumot tartalmazó rézötvözetet használtunk, amelyet megolvasztottunk és a szobahőmérsékleten tartott 32 impermeábilis falú tartályba öntöttünk. Ezzel a grafitszalag és az alumínium—trioxid 31 töltőanyag felületét bevontuk. A bronzötvözetet jelentő 33 mátrixképző fém alapanyag felületét mintegy 20 g porított bór—trioxiddal borítottuk be. Az így kapott elrendezést, tehát a szénacél tartályt és a benne elrendezett anyagokat 1100 °C hőmérsékletű ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú kemencébe helyeztük és ezt a hőmérsékletet mintegy 2,25 órán keresztül tartottuk. A bór—trioxid teljes mértékben megolvadt, a 33 mátrixképző fém alapanyagon a gáztalan, üvegszerű anyag biztos 34 lezárást adott. Ezután a tartályt kiemeltük a kemencéből és vízhűtésű rézlemezre helyeztük, aminek segítségével irányított hűtést biztosítottunk. Bár a megolvadt 33 mátrixképző fém alapanyag a sírna felületű szénacél egy részét feloldotta, az elrendezés segítségével kívánt tulajdonságú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag volt nyerhető.

BH. minta

Ennek a mintának az előállításánál a BF. mintáéhoz hasonlóan jártunk el, azzal a különbséggel, hogy a 32 impermeábilis falú tartály (lásd 2. ábra) helyett a J. H. Berge Co. cég

137 (South Plainfield, New Jersey) által 28-1000 számjel alatt forgalmazott DFC típusú porózus agyagedényt használtunk. Az elrendezést közvetlenül 1100 °C hőmérsékletű kemencébe helyeztük, vagyis elhagytuk a hőmérsékletnek 1025 °C szintről történő indítását.

Az említett mintákat szobahőmérsékletre való lehűlésük után átmetszettük, amivel meg kívántuk állapítani, a 33 mátrixképző fém alapanyag behatolt-e a 31 töltőanyagba, és létrejött—e a kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag. Megállapítható volt, hogy a BF. és BG. minta készítéséhez használt elrendezés kedvező az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag létrehozásához, míg a BH. minta megvalósításánál alkalmazott elrendezés, vagyis a gázzal szemben áteresztő jellegű agyagedény alkalmazása nem biztosít olyan feltételeket, amikoris a kívánt tulajdonságú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag jönne létre.

Ez a példa arra bizonyíték, hogy nem elegendő a gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás egyedül, hanem a tartályt is hasonló tulajdonsággal bíró anyagból kell létrehozni, mert különben a kívánt tulajdonságú golyóálló anyag készítéséhez szükséges vákuum nem jön létre.

8. Példa

Evvel a példával kívánjuk bizonyítani, hogy a 33 mátrixképző fém különböző fém alapanyagokból kiindulva készíthető el, ha a 2. ábra szerinti elrendezésben a gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárást alkalmazzuk és így lehetővé tesszük azokat ΐ

+j

	P Φ N	4J r-l □
P	Φ	Λ!
c	A!	cd
«β	P	r-1
>	Φ	Ctí
iP	N	•*H
	<0	A!

I co <n r-l

I

P <d

>1 rH «β P P «1 Eh

I c -p x: s tn

10 φ vtí Ό X Ü -P

ü o

:O Eh θ' <0

S C <0 to

MD

X •P

P P «β X

I <D C r-l -p <0 Φ X -P -rí

C Φ tn •P

c Φ θ' •H

c Φ tn -P

C Φ tn -P

Ε Φ 3

C φ tn •Ρ

C φ tn •Ρ

§ c

1 tn

r-l

1 η

N

<e

Μ

o

0

N

0

1

N

P

P

N

Ρ

<0

m

3

«0

to

Ρ

<3

r-(

0

rH

ε

Η

tn

+>

rH

MD

1

>

Vü

rH

ιφ

c

Φ

Ü

m

Φ

υ

s

Φ

Ο

co

o

•ΓΊ

Cd

χφ

Λ

<d

c

>Η

•ΓΊ

<d

•r|

>

N

>1

>

1φ

C

rH

Φ

Φ

c

m

vrd

r-l

τ>

'φ

01

ud

Λ

ε

'Φ

o

Φ

Λί

<d

o

φ

<e

Ό

Ο

Φ

•H

φ

Ό

m

4J

V

cn

>

Φ

Π

-Ρ

Ό

rH

rH

Φ

c

0)

Φ

T

η

c

tn

α

0

Φ

CP

H

Φ

<d

P

σι

H

Ο

0

<d

Η

φ

rH

4J

rH

td

ω

g

N

tn

O

ω

CM

>

W

rH

4J

ιφ

>1

H

(0

\td

:o

CM

H

rH

φ

tn

Η

ΐο

0

•r|

O

tp

Ό

ε

Λ

tn

<

Λ

<β

Ό

d*

«1

cd

in

in

ιη

ιη

in

in

CM

CM

tn

CM

CM

CM

CM

fa

K

κ

fa

fa

CM

CM

r-l

CM

CM

CM

CM

O

O

O

ο

Ο

Ο

O

o

O

O

o

ιη

Ο

Ο

O

o

cn

Cl

o

σ>

ο

ι—<

rH

r—1

r-l

Η

rH

rH

+

g

g

g

g

g

C

+

g

g

+

g

+

g

g

g

+

g

π-

g

+

g

+

g

CO

co

+

+

co

ω

n

m

O

Γ-

O

r*

-ι-

CO

+

Γ*·

Ο

Γ-

Ο

Γ-

O

Γ*·

O

r-

CM

rH

CM

rH

ο

CM

υ

Η

C4

Η

CM

rH

CM

rH

CM

rM

rH

fa

r-l

fa

•p

fa

•Η

fa

rH

fa

rH

*

rH

fa

rH

*

<

o

o

w

o

W

Ο

Ο

Ο

<

O

o

9.

C

rH

cd

fa

C

1

dP

fa

c

<

Λ

•Ρ

<0

:0

σ'

•r|

<0

1

W

Ű

φ

r-1

w

Λ

dP

5

1

E

«C

1

σ>

Ο

dP

3

<D

:0

dP

3

1

φ

tn

ϋ

4->

dP

tn

ü

□

P

ε

fa

Φ

C

tn

φ

1

1

r-l

Φ

:0

•Ρ

1

ε

*.

<d

in

Φ

ε

*

•P

•P

<0

IM

•Ρ

W

-Ρ

:0

Φ

Λ

fa

ε

:0

Φ

:O

:0

Í3

:0

:0

•Ρ

fa

1

o

:O

-P

fa

E

E

>

ο

dP

Ε

□

+>

5

3

rM

•P

τΡ

tn

3

10

dP

o

tű

dP

•rí

•rí

Φ

:0

Φ

•Ρ

tn

•P

in

tn

c

rH

c

rH

m

E

··

ε

C

ι—1

··

φ

··

ω

fa

··

φ

'P

+J

M

+J

3

Ν

:0

ιΡ

Ρ

Ν

ε

N

o

N

E

E

Φ

ε

Φ

O

•P

C

•Ρ

ε

φ

α

:0

C

dP

c

:0

5

N

3

N

O

C

0

3

Ν

0

•Ρ

0

tn

fa

0

+>

r-l

:0

r-|

:O

rH

Xr|

Ρ

Ο

ι—Η

:0

Μ

P

φ

Φ

<C

>

<

>

rH

E

m

rH

>

CQ

Η

cn

E

m

rH

ta o tn tn tn fa fa o tn tn

139

Jelmagyarázat a IV. táblázathoz:

- 7,5 - 9,5 tömeg* Sí, 3,0 - 4,0 tömeg* Cu, legfeljebb 2,9 tömeg* Zn, 2,2 - 2,3 tömeg* Mg, legfeljebb 1,5 tömeg* Fe, legfeljebb 0,5 tömeg* Mn, legfeljebb 0,5 tömeg* Ni és legfeljebb 0,35 tömeg* Sn tartalmú aluminiumötvözet + - A Norton Co. 38 Alundum jelű terméke, 0,17 mm lyukbőségű szitával kapott frakció ++ — A Norton Co. 39 Crystolon jelű terméke, 0,17 mm, illetve 0,28 mm szitabőséggel kapott frakció +++ - A Norton Co. El jelű terméke, 0,17 mm szitabőséggel kapott frakció a feltételeket, amelyekre az összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag előállításához szükség van. Az V. táblázat a következőkben felsorolt minták létrehozásához biztosított kísérleti feltételeket foglalja össze, ahol többféle 33 mátrixképző fém alapanyagból és 31 töltőanyagból kiindulva a 32 impermeábilis falú tartály felhasználásával eltérő hőmérsékleteken és megmunkálási időkkel előállított minták legfontosabb ismérveit tüntetjük fel.

BT. — BM. minta

A fenti minták előállítása során lényegében a 4. példában megadott lépéseket követve a 2. ábra szerinti elrendezésben állítottunk elő összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia testeket. A 31 töltőanyag mennyisége mindenkor mintegy 150 g, míg a 33 mátrixképző fém alapanyagé mintegy 525 g volt. A termékek feltárása után kitűnt, hogy a kísérleti elrendezések alkalmasak a kívánt szerkezetű golyóálló anyag előállítására.

···· ··

- 140 ΒΝ. — ΒΟ. minta

A ΒΝ. és ΒΟ. minta előállítása céljából a 4. példa szerinti lépéseket követtük, azzal a különbséggel, hogy a kemence hőmérséklete 1100 °C volt.

BP. minta

Az ennek a mintának az előállításához kialakított kísérleti elrendezés kis mértékben különbözött az előzőekben a 2. ábrára hivatkozással bemutatott változatoktól. Az elrendezést szobahőmérsékleten állítottuk össze és szobahőmérsékleten helyeztük hideg ellenállásfűtésű kemence belső terébe. Ehhez mintegy 102 mm magas és nagyjából 66 mm belső átmérőjű színtereit alumínium—trioxidból készült 32 impermeábilis falú tartályt alkalmaztunk, amely a Bolt Ceramics of Conroe (Texas) cég terméke volt. A 31 töltőanyagot a Norton Co. 38 Alundum jelű alumínium-trioxidjának 0,17 mm-es szitabőséggel nyert frakciója jelentette, amelyet a 32 impermeábilis falú tartály fenekére rétegeztünk. A 31 töltőanyag felszínére öntöttvas szürkeöntvényként létrehozott 33 mátrixképző fém alapanyagot helyeztünk (anyaga ASTM A—48 szerinti 30, 35 fokozatú öntöttvas volt) és így a fémolvadék létrehozásához szükséges 33 mátrixképző fém alapanyag és a 32 impermeábilis falú tartály között rést biztosítottunk, amely a 2. ábrán nem látható. A rés egy részénél alabástromgipszből (az International Inc. Brunswick, OH, Bondex márkanevű terméke) készült gátló elemet helyeztünk el a 33 mátrixképző fém alapanyag olvadékának felső szintjénél. A gátló elem alkalmas arra is, hogy a 34 lezárást alkotó bór-trioxid port — ez a 33 mátrixképző fém alapanyag felső szintjét borít···· ·« • · · • ♦ · · • · • ·

- 141 ja - a 31 töltőanyagtól elválasszuk és így a 34 lezárás feltételeit a megmunkálás folyamatában javítsuk. Ezt az elrendezést ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú kemencébe helyeztük és a szobahőmérsékletről indulva mintegy 7 óra alatt értük el a kijelölt 1400 °C megmunkálási hőmérsékletet. Ezalatt a 34 lezárást alkotó bór—trioxid por teljes mennyisége megolvadt, belőle a gázok és gőzök eltávoztak, gázzal szemben impermeábilis réteg maradt vissza, amely 34 lezárásként a 33 mátrixképző fém alapanyag olvadékának felületét borította. A megolvasztást követően mintegy 4 óra elteltével volt észlelhető a 33 mátrixképző fém alapanyag olvadékszintjének lecsökkenése. A kijelölt feldolgozási idő után a 30 elrendezést a kemencéből kivettük és tartalmával együtt lehűtöttük.

BQ. —BT. minta

Ezeknek a mintáknak az előállításához lényegében a 4. példa megvalósításánál alkalmazott lépéseket a 2. ábra szerinti elrendezésben ismételtük meg. A 33 mátrixképző fém alapanyag, a 31 töltőanyag és a tartály legfontosabb jellemzőit, az alkalmazott hőmérsékletet és megmunkálási (feldolgozási) időtartamokat az V. táblázat tartalmazza.

BU. minta

Az ennek a mintának az előállításához létrehozott kísérleti elrendezés kis mértékben különbözött az előzőekben ismertetett elrendezések mindegyikétől. A BP. minta előállításához hasonlóan itt is az elrendezést szobahőmérsékleten állítottuk össze és ugyancsak szobahőmérsékleten helyeztük azt ellenállásfűtésű kemence belső terébe. Ennél az elrendezésnél a 32 imper···· ·« • ·

- 142 meábilis falú tartály 38 mm körüli magasságú és mintegy 25 mm belső átmérőjű színtereit alumínium-trioxid edény volt, amelyet a Ceramics of Conroe (Texas) cég szállított. A 31 töltőanyagot a 39 Crystolon jelű szilícium-karbid 0,28 mm lyukbőségű szitával kapott frakciója alkotta, amelyet mintegy 25 tömeg%—nyi 0,044 mm lyukbőségű szitával nyert rézporral (a Consolidated Astronautics cég terméke) kevertünk ki. A keverékből a 32 impermeábilis falú tartály fenéklapján mintegy 13 mm mély réteget készítettünk. Ennek felületére 33 mátrixképző fém alapanyagként ugyancsak mintegy 13 mm mély rétegben C-811 jelű rézötvözetből készült szecskát helyeztünk, amelyet lényegében tiszta vörösrézhuzal felaprításával nyertünk. A 33 mátrixképző fém alapanyag felületét grafitszalaggal borítottuk be, mégpedig a Unión Carbide cég GRAFOIL nevű termékével, amellyel a felületet teljes mértékben lefedtük. A grafitszalagra a 34 lezárás került, amelyet 50 tömeg% bór-trioxid porból (az Aesal Co. terméke) és 50 tömeg% alumínium-trioxid porból (a Norton Co. 38 Alundum jelű termékéből 0,065 mm lyukbőségű szitával nyert frakció) álló keverékként készítettünk el. Ezzel a grafitszalag felületét teljes mértékben beborítottuk. A 37 környező atmoszférától így elválasztott elrendezést megintcsak ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú kemencébe helyeztük és szobahőmérsékletről indulva mintegy 6,5 órás felfűtéssel értük el a kijelölt hozzávetőlegesen 1250 °c megmunkálási hőmérsékletet. A felfűtés során a 34 lezárást alkotó anyag megolvadt, belőle a gázok és gőzök eltávoztak és a gázokkal szemben impermeábilis réteg kialakult. Ez az olvasztott állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag felületét borította. A 34 lezárás kialakulása után még mintegy 3 órán ke- 142 meábilis falú tartály 38 mm körüli magasságú és mintegy 25 mm belső átmérőjű szintereit alumínium-trioxid edény volt, amelyet a Ceramics of Conroe (Texas) cég szállított. A 31 töltőanyagot a 39 Crystolon jelű szilícium-karbid 0,28 mm lyukbőségű szitával kapott frakciója alkotta, amelyet mintegy 25 tömeg%—nyi 0,044 mm lyukbőségű szitával nyert rézporral (a Consolidated Astronautics cég terméke) kevertünk ki. A keverékből a 32 impermeábilis falú tartály fenéklapján mintegy 13 mm mély réteget készítettünk. Ennek felületére 33 mátrixképző fém alapanyagként ugyancsak mintegy 13 mm mély rétegben C-811 jelű rézötvözetből készült szecskát helyeztünk, amelyet lényegében tiszta vörösrézhuzal felaprításával nyertünk. A 33 mátrixképző fém alapanyag felületét grafitszalaggal borítottuk be, mégpedig a Unión Carbide cég GRAFOIL nevű termékével, amellyel a felületet teljes mértékben lefedtük. A grafitszalagra a 34 lezárás került, amelyet 50 tömeg% bor—trioxid porból (az Aesal Co. terméke) és 50 tömeg% alumínium-trioxid porból (a Norton Co. 38 Alundum jelű termékéből 0,065 mm lyukbőségű szitával nyert frakció) álló keverékként készítettünk el. Ezzel a grafitszalag felületét teljes mértékben beborítottuk. A 37 környező atmoszférától így elválasztott elrendezést megintcsak ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú kemencébe helyeztük és szobahőmérsékletről indulva mintegy 6,5 órás felfűtéssel értük el a kijelölt hozzávetőlegesen 1250 °C megmunkálási hőmérsékletet. A felfűtés során a 34 lezárást alkotó anyag megolvadt, belőle a gázok és gőzök eltávoztak és a gázokkal szemben impermeábilis réteg kialakult. Ez az olvasztott állapotú 33 mátrixképző fém alapanyag felületét borította. A 34 lezárás kialakulása után még mintegy 3 órán ke···♦ ·· ·· · • · · 4 · · . * ♦ * · • · · · f

I ro d¹ ld

I to I N 'd dl ι-l >1 O □ C o θ' 'Φ «0 4J 10 <P I tö -d O X m »-í

Γ-	co		CM
	K	K
CM	CM	CM	r-1
pH	pH	pH	p-1

.» ε θ' ü 'Φ

o		σ»	co	CM
<n	1	ro	in	σ»
	1
CO	co	ro	<n	in

co <0 «k> in

C -d £ 3 CD	25	in CM	in CM	in CM	in CM	in CM	in	in
s 'd
tp pH	tö	CM	CM	CM	CM	CM	CM CM		r-1	pH
Φ ld	tö
x λ	•d

1 4J

o

o

o

o

o

o

O

o

o

o

in

o

M 0)

o

o

o

o

o

o

O

o

o

o

CM

o

«Ρ

Ό H U

(P

CP

CP

σ*

θ'

pH

rH

sr

σ>

<-l

ι—1

pH

C0

Έ 44 o

ι-1

H

pH

rH

pH

f-1

N

to '<d

Μβ

ffi <0

pH

-P

A

pH

M0

sr

d·

*3*

Φ

<3·

d·

^3*

EH

>1

o

o

o

o

o

o

O

P

O

o

o

o

r—1 ttí

co

m

co

co

Γ0

co

co

Φ

’tfe

co

CO

co

ro

4

'd θ'

4J

CO

>

+> <0

H

n

M

H

H

m

H

C

O

M

H

H

H

U >1

ω

ω

w

ω

W

ω

ω

•d

CM

ω

W

w

CÜ

d C

H

H

H

H

H

H

H

N

i-4

H

H

H

M

Eh d

<

<

CD

<

<

<

,1

+

+

+

+

+

+

+

+

I

I

g

g

to cn

m

CO

co

CO

CO

co

co

n

+

+

+

+

P d

O

O

O

O

O

O

O

O

+

co

+

00

+

co

+

r*

H >i

CM

CM

CM

CM

CM

CM

CM

CM

o

CM

o

CM

u

CM

ü

pH

:O C

pH

p-1

pH

pH

r-1

pH

·—1

p-H

•d

•d

•d

•d

Eh d

*c

4

c

*C

*c

w

o

w

o

ω

o

w

O

to	θ' ~
(ti	op
>1	σ<
N	C	φ
cu	(ti	ε
MD	& :O
44	(ti	44
X	pH
•d	<ti	II
u
44	E	dP
«β	Ό)	P
X	UH

1	φ
c	pH
d	d Φ

X 44 -n

Φ	><
					fa			3
			44			•d		ιφ
	44		Φ			«	pH	>
	Φ		N		-P		<	44
	N		:0			<*>		3
	:0		>	fd	pH	44	ÓP	:0
	>		44	44			4J	Φ
	P		:P	Φ	«1	10		44
	:o		í	N	•d		in	U
	í		pH	:0	cn	C		:3
	r-|			>		d	o	N
	<			44	óP	Λ		<n
			to	:O	4J	1	K
	u		pH	ε		3	Φ	(0
	pH		Φ	3	lO	O	fa	d
	Φ		•o	•d				S>
	•ΓΊ			3	··	·*	dP	44
			pH	Ή	N	N	4J	44
CM	O	pH	•	ε	c	3		:O
in	o	Φ	r*	5	0	O	in	44
O	pH	O	o	<d	k	P		3
in	pH	10	pH	id	CQ	03	o	:O
♦
H	*3			X		o		CU
co	CO	CQ	co	03	CO	03		03

44						pH
d						<
N
0						dP
44					•d	Ρ	•d
0	f		1		ω		W
MH	:0		:0			CM
	44		Ρ		dP		dP
in					Ρ	«>	•P
n	O		ιη			C		C
	in		CM		ιη	Ν	in	N
o			*.		C	dP	C	dP
ω	pH		3		(ti	-Ρ	(ti	P
	<		υ		Λ		Λ
					1	pH	t	co
co	dP		dP		□		3
d·	θ'		θ'		ϋ	κ	O
1	Φ	5	Φ	pH		φ		Φ
	ε	U	ε	<	··	fa	··	fa
	:0		:0		Ν		N
X	44	dP	44	dP	C	dP	C	dP
		θ'		θ'	0	JJ	0	P
W	Ο	Φ	ιη	φ	Μ		k

< in Gr- gfflcMCOcN

C811 (vágott rézhu— SiC⁺⁺ szintereit 1250 zal) 0,28 mm AlnCH^

o	eí	w	Eh	o
03	03	to	03	m

*··· ·«

- 144 Jelmagyarázat az V. táblázathoz:

1-7,5-9,5 tömeg* Sí, 3,0 - 4,0 tömeg* Cu, legfeljebb 2,9 tömeg* Zn, 2,2 — 2,3 tömeg* Mg, legfeljebb 1,5 tömeg* Fe, legfeljebb 0,5 tömeg* Mn, legfeljebb 0,5 tömeg* Ni és legfeljebb 0,35 tömeg* Sn tartalmú alumíniumötvözet + — A Norton Co. 38 Alundum jelű terméke, 0,17 mm lyukbőségű szitával kapott frakció ++ - A Norton Co. 39 Crystolon jelű terméke, 0,17 mm, illetve 0,28 mm szitabőséggel kapott frakció # - A Bolt Ceramics, Conroe (Texas) terméke * - A Kelly Foundry, Elkins, (West Virginia) terméke

AISI 304 = 1,6 mm vastag AISI 304 jelű rozsdamentes acéllemezből resztül tartottuk a kijelölt hőmérsékletet. Ezután a 30 elrendezést a kemencéből kivettük és hagytuk lehűlni.

Megállapítottuk, hogy a BI. — BU. minták mindannyian a kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia golyóálló anyagokként jöttek létre. Ezek közül néhány minta kiválasztott fizikai jellemzőit az V. táblázat tartalmazza.

9. Példa

Ez a példa azt hivatott bizonyítani, hogy a vákuum kialakulásával járó folyamat egy meghatározott hőmérséklettartományban alumínium mint 33 mátrixképző fém alapanyag felhasználása mellett alkalmas a kívánt tulajdonságú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyagok előállítására. A példa megvalósításához a 2. ábra szerinti elrendezést alkalmaztuk, amikoris a 4. példa megvalósításának lépéseit lényegé145 ben megismételtük. Az egyetlen különbség az volt, hogy a 33 mátrixképző fém alapanyag ez esetben olyan alumíniumötvözetből állt, amely alumíniumban 7,5 — 9,5 tömeg% szilíciumot, 3,0 —4,0 tömeg% rezet, legfeljebb 2,9 tömeg% cinket, 2,2 — 2,3 tömeg% magnéziumot, legfeljebb 1,5 tömeg% vasat, legfeljebb 0,5 tömeg% mangánt és legfeljebb 0,35 tömeg% ónt tartalmazott. A 31 töltőanyag összetételét és összetevőinek szemcsézettségét valamint a megvalósításkor alkalmazott paramétereket a VI. táblázat tartalmazza.

A szobahőmérsékletre való lehűtés után a három elrendezést átvágtuk és megállapítottuk, hogy a 33 mátrixképző fém alapanyag a 31 töltőanyag szerkezetét átjárta, a kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag létrejött. Ezek a BV., BW., BX, BY., BZ., CA. és CB. minták (VI. táblázat).

10. Példa

A javasolt eljárás megvalósítása során kialakuló vákuum alkalmas bronz mint 33 mátrixképző fém alapanyag alapján a kívánt tulajdonságú összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia golyóálló anyagok előállítására. Ennek bizonyítása céljából a 2. ábra szerinti elrendezést választottuk, amelynek felhasználásával lényegében a 4. példával azonos lépéseket hajtottunk végre, de azzal a különbséggel, hogy a 33 mátrixképző fém rézötvözet (bronzötvözet) volt, amelyben 93 tömeg% réz mellett mintegy 6 tömeg% szilícium és mintegy 1 tömeg% vas volt. A 33 fém alapanyagot mintegy 1100 °C hőmérsékletű kemencébe helyzetük, ugyanilyen hőmérsékleten előzetesen megolvasztottuk. A CC. ,

VI. Táblázat

rd 3 CP «β io x	to N Φ >. c xu •P •d a	o o XJ 1 o rX	12,7	in * co	04 σ»	<0 K 04 rd	cn o rd	rd rd	o o rd
ó		m ε	co	00	rd	00	kO	0*	r*
	cn	o	in	co	0Ϊ		in	kO
<3	Ό)			u
ω	m	tP	co	co	04	co	n	CM	ω
1 c	•d	Λ	in	in	in	in	in	in	in
3	CD		04	04	04	04	CM	04	CM
ε	vő	*			*		*		K
&	rd	to	04	04	04	CM	CM	CM	CM
φ	\(Ö	τι
X	44	•rí
1	P		O	o	O	O	o	O	O
U	Φ		O	o	O	O	o	O	o
'<«	rd	u	σ»	σ»	σ»	σ>	σ>	cn	CP
.6	Λ	0
to	XD
x	tn
				sf					»3·
>»			o	o	o	o	o	o	O
rd	aj		co	co	CO	CO	m	co	n
	Cn
•P	a)		H	H	H	H	H	H	H
p	S		ω	ω	W	cn	«	ω	«
<e	C		hd	H	H	H	H	H	H
	a!				<
					+
					+	CD *
.1			+		d-	\Φ *			*
to	σ>		CO	+	co	CO			σ>
•P	ai		o	+	O	04 O	*	ΙΛ	O
rd	>1		04	u	CM	0 CM	X	u	CM
:O	c		rd	•d	rd	P rd	-rí		rX
Ex	aj		rt	W		N <	Ex	CQ
			rd	rd	rd	rd	rX	rd	rX
			P	-P	44	P	-P		-P
			Φ	Φ	Φ	Φ	Φ	Φ	Φ
	CP		N	N	tM	N	N	N	N
	aj		:0	:0	:0	:0	:0	:0	:0
to	>1		>	>	>	>	>	>	>
N	C		-P	Ψ)	4J	•P	P	44	P
	«J		:0	:0	:0	:0	=0	:0	:O
XD	cu		ε	ε	ε	ε	ε	ε	ε
Ü	01		3		s	3	3		3
X	r-f		•d	•d	•rí	•rí	•rí	•π	•d
•d	01		a	C	a	c	a	c	a
lx			\d	Xr|	VX	Irí	Irí	\d	Irí
P	ε		ε	ε	ε	ε	ε	ε	ε
«0	XII		5	5	3	3	3		3
X	MX		rd	rd	rX	rX	rX	rd	rd
			<	<					<
1		Φ
c		rX
-rí	01	Φ	>	£	X	►<	ex		CQ
X	•P	•n	m	CQ	ca	ta	CQ	ü	O

··· ·· ···!.··,.··.

: . ·. .· ,··· ·» ·«·.....

- 147 Jelmagyarázat a VI. táblázathoz:

1-7,5-9,5 tömeg* Sí, 3,0 - 4,0 tömeg* Cu, legfeljebb 2,9 tömeg* Zn, 2,2 — 2,3 tömeg* Mg, legfeljebb 1,5 tömeg* Fe, legfeljebb 0,5 tömeg* Mn, legfeljebb 0,5 tömeg* Ni és legfeljebb 0,35 tömeg* Sn tartalmú alumíniumötvözet + — A Norton Co. 38 Alundum jelű terméke, 0,17 mm lyukbőségű szitával kapott frakció ++ — A Norton Co. 39 Crystolon jelű terméke, 0,17 mm, illetve 0,28 mm szitabőséggel kapott frakció +++ - A Norton Co. El jelű terméke, 0,17 mm szitabőséggel kapott frakció # - Az Atlantic Equipment Engineers (Bergenfield, New Jersey) cég terméke, 0,15 mm lyukbőségű szitán visszamaradt frakció * - Az Alcoa cég (Pittsburgh, Pennsylvania) terméke, a 0,75 mm lyukbőségű szitán kapott frakcióból 0,30 mm—es lyukbőségű szitával nyert frakció § - Az ESK Engineered Ceramics cég (Wacker Chemical, New Conaan, Connecticut) terméke, 0,15 mm szitabőséggel nyert frakció

AISI 304 = 1,6 mm vastag AISI 304 jelű rozsdamentes acéllemezből

CD., CE., CF., CG., CH. és Cl. minták előállításának technológiai paramétereit, továbbá az alkalmazott töltőanyagok összetételét és összetevőinek szemcsézettségét a VII. táblázat tartalmazza.

Miután a kapott terméket lehűtöttük és annak hőmérséklete a környezetire csökkent le, az elrendezéseket átvágtuk és

Min— Mátrixképző· Töltő— Tartály Megmun— Sűrű— Rugalmas— Hotágulá— to

N φ o >1 o c νφ φ P I o •<d rd in cm rd rd

CM σ* in

o fe in

•r| m	Λ	in	in
'<ti	fe	CM	CM
rd	to	fe	*
'(ti	•σ	CM	CM
	•H

cn <ti c (ti

ΌCM ίοin inin σ» m

in	in	in
CM	CM	CM
fe	fe	fe
CM	CM	CM

in CM κ

CM

CM o m

H ω H +

<*) o

CM

+ + o •»d ω

	+
tn	*	+
w	*	+
	co	m
<N	o	O
O	CM	CM
U	rd	r-l
N	<

co O

CM rd <

*

CM

M N

Si,

••d ω

fe •d ω

••d w

fe •«d ω

•r| w

fe •H ω

01

—

dP

dP

dP

dP

dP

dP

dP

(ti

dP

-P

•P

P

P

P

«Ρ

4->

>1

σ»

c (ti

φ g

10

ω

Ό

ω

Φ

Ό

in

:0

fe

fe

fe

fe

fe

fe

(ti

μ

□

□

3

0

0

0

□

rd

ü

Φ

υ

Φ

0

Φ

O

Φ

o

Φ

ü

(D

o

(ti

II

fa

fa

fa

fa

fa

fe

dP

dP

dP

dP

dP

dP

dP

ε

dP

-P

dP

4J

dP

•P

dP

4J

dP

-P

dP

JJ

dd

43

'Φ

P

-P

P

P

-P

4J

P

Md

m

m

m

co

co

O

σ»

rd

σχ

rd

σχ

rd

σ·

rd

σχ

rd

σχ

t-H

σ>

fa fa hd t% Fe, 3 t% Zn gömbök

CM

149

Jelmagyarázat a VII. táblázathoz:

1-7,5-9,5 tömeg* Si, 3,0 - 4,0 tömeg* Cu, legfeljebb 2,9 tömeg* Zn, 2,2 - 2,3 tömeg* Mg, legfeljebb 1,5 tömeg* Fe, legfeljebb 0,5 tömeg* Mn, legfeljebb 0,5 tömeg* Ni és legfeljebb 0,35 tömeg* Sn tartalmú alumíniumötvözet + - A Norton Co. 38 Alundum jelű terméke, 0,17 mm lyukbőségű szitával kapott frakció ++ — A Norton Co. 39 Crystolon jelű terméke, 0,17 mm, illetve 0,28 mm szitabőséggel kapott frakció +++ — A Norton Co. El jelű terméke, 0,17 mm szitabőséggel kapott frakció * - Az Alcoa cég (Pittsburgh, Pennsylvania) terméke, a 0,75 mm lyukbőségű szitán kapott frakcióból 0,30 mm-es lyukbőségű szitával nyert frakció ** - A Norton Co. MCA 1360 jelű terméke, 0,17 mm átmérővel § - Az ESK Engineered Ceramics cég (Wacker Chemical, New Conaan, Connecticut) terméke, 0,15 mm szitabőséggel nyert frakció # - A Muscle Shoals Minerals (Tuscombia, Alaszka) cég terméke,

0,18 mm lyukbőségű szitán kapott frakcióból 0,15 mm—es szitával nyert frakció ## - A Ceramic Fillers Inc., Atlanta (Georgia) cég terméke,

3,8 mm átmérőjű gömbök

AISI 304 = 1,6 mm vastag AISI 304 jelű rozsdamentes acéllemezből így megállapítottuk, hogy a 33 mátrixképző fém alapanyag a 31 töltőanyagot átjárta, így összetett szerkezetű fém mátrixú kerámia jellegű golyóálló anyag keletkezett.

150

11. Példa

Ennek a példának a megvalósításával azt kívántuk bizonyítani, hogy a 31 töltőanyag(ok) térfogati részaránya az előállítani kívánt összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagban igen magas lehet. Ebből a célból a 4. példában ismertetett elrendezéshez hasonlót állítottunk össze, amellyel a találmány szerinti eljárást valósítottuk meg.

Előmintát készítettünk szilícium-karbidból, mégpedig az I Squared R Element Inc., Akron, New York, cég által szállított anyagból. Az előminta külső átmérője mintegy 51 mm, belső átmérője nagyjából 19 mm, hossza mintegy 19 mm volt. Ezt a hengerszerű testet belső és külső felületén petróleumzselével (a Cheeseborough-Pond’s Inc., Greenwich, Connecticut cég által szállított Vaseline márkajelű termékkel) borítottuk be. Ezt követően a zselével bevont előmintát műanyagból készült henger tengelyében helyeztük el. Ezután egy rész kollodiális szilícium-dioxidból (a Nyacol Products, Ashland, Massachussetts, NYACOL 2040 NH₄ márkanevű terméke) mintegy két rész 0,017 mm átlagos szemcsenagyságú alumínium-trioxidból (a Norton Company, Worcester, Massachussetts, cég 38 Alundum jelű terméke) és egy rész 0,066 mm átlagos szemcsenagyságú alumínium-trioxidból (ugyancsak a Norton Co. 38 Alundum jelű terméke) keveréket készítettünk, mégpedig mintegy 0,2 rész víz felhasználásával. Ezt a keveréket gátló anyagrétegnek szántuk. Az anyagok elegyítése után a szuszpenziót hagytuk kihabosodni és levegőtlenedni, majd ezt követően a petróleumzselével borított szilícium-karbid előminta felületét vele kiöntöttük. Mintegy 2 óra alatt szobahőmérsékleten a keverék megkeményedett. További 2 órát vártunk,

151 mielőtt a megkeményedett keverékről a vizet leöntöttük volna, majd a műanyag hengert és a benne kialakított anyagrétegeket mélyhűtőbe helyeztük, ahol mintegy 8 órán keresztül -18 °C körüli hőmérsékleten tartottuk. Ezután a gátló anyagréteggel borított előmintát a műanyag hengerből kinyertük, és csak ezt az elemet helyeztük ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú kemencébe, amelyben mintegy 1 órán keresztül 1000 °C körüli hőmérsékleten azt kiégettük.

Ezt követően a gátló anyagréteggel borított anyagmintát impermeábilis falú tartály fenéklemezére helyeztük. A tartály 304 jelű rozsdamentes acélból álló 1,6 mm vastag lemezből készült, belső átmérője mintegy 76 mm, magassága hozzávetőlegesen 83 mm volt. Mielőtt a gátló elemmel bevont előmintát a rozsdamentes acélból álló, hengeres alakú 32 impermeábilis falú tartályba helyeztük volna, a tartály fenéklemezére a TT America (Portland, Oregon) cég által forgalmazott Perma-Foil márkanevű gráfitlemezből egy darabot helyeztünk el. A gátló anyagréteggel bevont előminta és a rozsdamentes acélból álló tartály fala közötti teret 0,017 mm átlagos szemcsenagyságú alumínium-trioxidból (a Norton Co., Worcester, Massachussetts, cég 38 Alundum jelű terméke) álló ágyazatra helyeztük, míg az előminta felső szintjére és az ágyazat felületére további grafitfólia darabkákat raktunk. A 33 mátrixképző fém alapanyag ez esetben mintegy 0,5 tömeg% vasat, mintegy 0,5 tömeg% alumíniumot és lényegében 6 tömeg% szilíciumot tartalmazó rézötvözet volt, amelyet megolvasztott állapotban a 32 impermeábilis falú tartályba öntöttünk. A 33 mátrixképző fém alapanyag olvadékára porított bór-trioxidot szórtunk és az így létrejött elrendezést, vagyis a

152 rozsdamentes acélból készült tartályt és a benne levő anyagokat ellenállásfűtésű levegőatmoszférájú kemencébe helyeztük, amelynek hőmérséklete mintegy 1100 °C volt. Alig 15 perc elegendő volt ahhoz, hogy a porított bór-trioxid teljes mértékben megolvadjon, belőle gáztalan, gázokkal szemben impermeábilis 34 lezárás alakuljon ki. Az elrendezést mintegy 2 órán keresztül ezt követően a már beállított 1100 °C körüli hőmérsékleten tartottuk, ezután az elrendezést a kemencéből kivettük és vízhűtésű vörösréz lemezre helyeztük. Ezzel a tartály tartalmát irányított módon lehűtöttük.

Miután a lehűlt anyag hőmérséklete a környezeti értékre lecsökkent, a rozsdamentes acélból álló tartályt átvágtuk, a 33 mátrixképző fém alapanyag megszilárdult maradékától elválasztottuk, az összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kinyertük. Megállapítottuk, hogy a grafitfólia megkönnyítette a mátrixképző fém alapanyag maradékának eltávolítását a képződött terméktől. Azt is megfigyeltük, hogy a 0,017 mm átlagos szemcsenagyságú anyagból készült ágyazatba a 33 mátrixképző fém alapanyag nem tudott behatolni. A kapott terméket homokkal lefújtuk, ezzel a gátló anyagréteget eltávolítóttűk és az igen nagy mennyiségben szilícium-karbidból álló összetett szerkezetű fém mátrixú golyóálló anyagot kinyertük.

Claims (34)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás golyóálló anyag előállítására, amikoris legalább két különböző anyagú összetevőt szerkezetileg kapcsolunk egymással, azzal jellemezve, hogy különböző anyagú összetevőkként mátrixképző fém alapanyagot és laza szerkezetű töltőanyagot és adott esetben a mátrixképző fém alapanyaggal szemben permeábilis szerkezetű töltőanyagból készült formatestettel úgy kapcsolunk egymással, hogy őket egymással érintkezve elrendezzük, majd a hőmérsékletet megemelve a mátrixképző fém alapanyagot megolvasztjuk, a fém alapanyag olvadékát a töltőanyag térfogatának legalább egy részébe bejuttatjuk, és belőle a töltőanyag legalább egy részét befogadó, legalább 40 tf%—bán a töltőanyagból álló golyóálló tulajdonságú kerámia jellegű mátrixot hozunk létre, miközben a töltőanyag felületének környezetében, annak és adott esetben az előminta felületének legalább egy részénél a bejuttatás időtartamának legalább egy részében a fémnek a töltőanyag és adott esetben az előminta szerkezetébe való behatolását elősegítő atmoszférát létesítünk, a kapott kerámia jellegű mátrixot előállítását követően szükség szerint hűtjük és lehűlése után ismert módon kinyerjük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egymással érintkezésben elrendezett fém alapanyagot, töltőanyagot és adott esetben előmintát mint reakciórendszert impermeábilis falú tartályba helyezzük, a tartály legalább egy részét hermetikusan lezárjuk, benne a behatolást elősegítő at···· ·· • · ······ • · · · · • · · · · · ··· ·· ···· ···♦ ♦··

   - 154 litoszféraként reaktív atmoszférát létesítünk, és a tartály környezete, valamint belső terének legalább egy része között a mátrixképző fém alapanyag megolvasztása közben vagy azt követően nyomáskülönbséget hozunk létre.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot, magnéziumot, rezet, titánt, vasat, öntöttvasat, acélt vagy nikkelt használunk.
4. 4. Az 1. — 3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyaghoz és/vagy adott esetben az előmintához nedvesítőszert adagolunk és/vagy nedvesítőszert ötvöző összetevőként tartalmazó mátrixképző fém alapanyagot olvasztunk meg.
5. 5. A 2.-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszert a hermetikus lezárást megkönnyítő legalább egy segédanyaggal egészítjük ki.
6. 6. A 2.-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszer legalább egy részét kívülről üvegszerű anyaggal zárjuk le.
7. 7. Az 1. — 6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyag és adott esetben az előminta felületének legalább egy részét a mátrixképző fém alapanyag és a környezetet alkotó gázok, különösen levegő közötti reakcióban létrejövő anyaggal lezárjuk.
8. 8. A 2. — 7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszer legalább egy részét a tartály nyílásánál a nedvesítőszer és a mátrixképző fém alapanyag közötti fizikai folyamat révén kialakuló keverékkel zár1 ···' · · ·· · ·· ····· • · ♦ · · • · · · · · ·«· ·· ···· *··· ···

   - 155 juk le.
9. 9. A 2.-8. 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.
10. 10. A 2. - 9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a nyomáskülönbséget a tartályban levő reaktív atmoszféra és a mátrixképző fém alapanyag és/vagy a töltőanyag és/vagy a tartály anyaga közötti kémiai reakcióval hozzuk létre.
11. 11. A 3. - 10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot, míg nedvesítőszerként magnézium, bizmut, ón és ólom közül legalább egyet alkalmazunk.
12. 12. A 3. - 10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként bronzot és/vagy rezet, míg nedvesítőszerként szelén, tellúr és kén közül legalább egyet alkalmazunk.
13. 13. Az 5. - 12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy laza szerkezetű 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.
14. 14. Az 1. — 13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy töltőanyagot laza szerkezetű oxid(ok), karbid(ok), borid(ok) és nitrid(ek) közül legalább eggyel hoz« ·««· ·· ·· · • · ·»···· • · · · » • · · · · ·

    - 156 zuk létre.
15. 15. A 2. — 14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszerben mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot és/vagy rezet és/vagy bronzot és/vagy öntöttvasat használunk, azt rozsdamentes acélból készült tartályban helyezzük el.
16. 16. A 2. - 15. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tartályt kerámia, fém, üvegszerű és polimerizált anyagok közül legalább egyből alakítjuk ki.
17. 17. A 2. - 16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tartályt alumínium-trioxidot vagy szili cium-karbidot tartalmazó anyagból alakítjuk ki.
18. 18. A 2. — 17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a behatolást elősegítő atmoszférát levegővel, oxigénnel vagy nitrogénnel, adott esetben oxigén és nitrogén keverékével hozzuk létre.
19. 19. Az 1. - 18. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltőanyagot, az adott esetben jelen levő előmintát valamint a mátrixképző fém alapanyagot az utóbbi olvadáspontját meghaladó, de a belőle létrejövő fémes mátrix forráspontja és a permeábilis töltőanyag olvadáspontja alatt maradó hőmérsékleten tartjuk.
20. 20. Az 1. — 19. 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.
21. 21. Az 1. — 20. igénypontok bármelyike szerinti eljárás,

    157 azzal jellemezve, a kerámia jellegű mátrixot elkészülte után irányított módon hűtjük.
22. 22. Az 1. - 21. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciórendszert kívülről bór alapú üveggel és/vagy szilícium alapú üveggel és/vagy megolvasztott bór-trioxiddal zárjuk le és a lezáró anyagot a megnövelt hőmérséklet fenntartása során legalább részben megolvadt állapotban tartjuk.
23. 23. Az 1. — 22. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként alumíniumot alkalmazunk, a töltőanyagot oxid(ok), karbid(ok), borid(ok) és nitrid(ek) közül legalább eggyel képezzük ki és célszerűen az alumíniumot mintegy 700 °C és mintegy 1000 °C közötti hőmérsékleten tartjuk.
24. 24. Az 1. — 22. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként bronzot és/vagy rezet alkalmazunk, a töltőanyagot oxid(ok), karbid(ok), borid(ok) és nitrid(ek) közül legalább eggyel képezzük ki és célszerűen a bronzot és/vagy rezet mintegy 1050 °C és mintegy 1125 °C közötti hőmérsékleten tartjuk.
25. 25. Az 1. — 22. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mátrixképző fém alapanyagként öntöttvasat alkalmazunk, a töltőanyagot oxid(ok), karbid(ok), borid(ok) és nitrid(ek) közül legalább eggyel képezzük ki és célszerűen az öntöttvasat mintegy 1250 °C és mintegy 1400 °C közötti hőmérsékleten tartjuk.
26. 26. Golyóálló anyag, amely legalább két, egymástól eltérő összetételű összetevőt tartalmaz, azzal jellemezve, hogy

    158 egyik összetevője fém alapanyag, másik összetevője a fém alapanyaggal átjárt, vele mátrixot alkotó töltőanyag, ahol a töltőanyag a mátrixnak legalább 40 tf%—át alkotja.
27. 27. A 26. vagy igénypont szerinti golyóálló anyag, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként réz, titán, vas, öntöttvas, alumínium, nikkel és acél közül legalább egyet tartalmaz.
28. 28. A 26. vagy igénypont szerinti golyóálló anyag, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként alumíniumot és/vagy rezet és/vagy bronzot és/vagy öntöttvasat tartalmaz.
29. 29. A 26. — 28. igénypontok bármelyike szerinti golyóálló anyag, azzal jellemezve, hogy töltőanyagként alumínium—trioxid, magnézium—oxid, cirkónium—dioxid, szilícium—karbid, alumínium-dodekaborid, titán-diborid, titán-karbid és alumínium—nitrid közül legalább egyet tartalmaz.
30. 30. A 26. — 28. igénypontok bármelyike szerinti golyóálló anyag, azzal jellemezve, hogy töltőanyagként alumínium—trioxidot és/vagy szilícium-karbidot tartalmaz.
31. 31. A 26. — 30. igénypontok bármelyike szerinti golyóálló anyag, azzal jellemezve, hogy fém alapanyagként alumíniummal van kiképezve.
32. 32. A 26. — 31. igénypontok bármelyike szerinti golyóálló anyag, azzal jellemezve, hogy a töltőanyag a fém alapanyaggal kiképzett mátrixnak legalább 68 tf%-át alkotja.
33. 33. A 26. - 32. igénypontok bármelyike szerinti golyóálló anyag, azzal jellemezve, hogy a töltőanyag a fém alapanyaggal kiképzett mátrixnak legalább 75 tf%-át alkotja.
34. 34. A 26. — 33. igénypontok bármelyike szerinti golyóálló anyag, azzal jellemezve, hogy töltőanyagként magnézium—oxid, «··« ··

    - 159 cirkónium-dioxid, szilicium-karbid, alumínium-dodekaborid, titán—diborid, titán—karbid és alumínium—nitrid közül legalább egyet, fém alapanyagként alumíniumot tartalmaz.