[發明專利]制備共晶陶瓷的方法

無效

• 申請號: 00808245.6
• 申請日: 2000-03-29
• 公開（公告）號: CN1353676A
• 公開（公告）日: 2002-06-12
• 發明（設計）人: 大森守;平井敏雄;鴇田正雄
• 申請（專利權）人: 大森守;住友石炭礦業株式會社
• 主分類號: C04B35/64
• 分類號: C04B35/64
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王維玉,丁業平

技術領域

本發明涉及制備共晶陶瓷的方法。具體地說，本發明涉及由稀土鋁和氧化鋁或稀土氧化物的共晶粉末中產生共晶晶體結構(以下簡稱“共晶”)的方法。尤其是，本發明提供了致密的燒結共晶陶瓷體，其與傳統的材料相比幾乎牢不可破，并具有多種工業用途。

背景技術

習慣上，使用Bridgman技術制備共晶陶瓷如氧化鋁和稀土鋁化合物的共晶體，該技術是一種單晶生長技術。特別地，制備具有理想形狀的成品是通過單向凝固法，該法包括將試樣裝入鉬或鎢制的坩堝中，在高溫下熔化試樣，并從底部開始使試樣慢慢冷卻，從而使共晶晶體從底部向頂部連續生長(D.Viechnicki?and?F.Schmid，J.Mater.Sci.，4(1969)84-88)。該共晶體為優異的高溫材料，其強度可維持至1700℃(Y.Waku，H.Ohtsubo，N.Nakagawa，and?Y.Kohtoku，J.Mater.Sci.，31(1996)4663-4670)。

在上述使用單向凝固法制備共晶體的方法中，試樣尺寸受限于坩堝尺寸。而且，由于只制備柱狀共晶體，有必要將共晶體加工成適于實際應用的特定形狀。此外，使用傳統的方法合成試樣要求緩慢的冷卻步驟，其中需要一段較長的時間以允許長成大的共晶體。

原則上，通過將共晶組分的原材料熔化并使熔融物凝固來獲取上述的共晶體結構。例如，通過將試樣裝入水冷的銅容器，并用電弧或電子束熔化試樣，從而在短時間內獲得共晶體。但是，由于該方法不能使試樣均勻熔化，得到的共晶結構不均勻并含有大量的孔洞，其中產生了大量的裂紋。因為此，很難制備大的共晶體材料。

具有相對均勻結構的共晶體可通過將共晶組分的原料置于一個大爐子中，并用電弧只在中央部位熔化原材料。該種情況下，也會產生裂紋，因此難以獲得大的共晶體。

通過研磨用這些方法得到的共晶體可得到共晶粉末。通過將共晶粉末進行晶體生長或燒結，能得到理想形狀的共晶體。但是，傳統的燒結技術不能使共晶粉末充分成長以形成大的共晶體。

在此使用的傳統燒結技術包括無壓燒結法、熱壓法和熱等壓法(HIP)。無壓燒結法中，初始粉末材料只通過加熱來燒結。熱壓法和HIP法除了加熱以外還施加壓力，以促進燒結。與無壓燒結法相比，這兩種方法的優點在于粉末材料可在較低的溫度下燒結。熱壓法和HIP法的區別在于提高施加壓力的能力。

這三種方法通過加熱或加熱與壓力相結合來促進物質擴散，從而燒結物質。但是，共晶體的結構為兩種組成單晶相互摻合。因此，這兩種單晶必須分別生長，以便使用共晶粉末作原材料獲得大的共晶體。該現象與傳統的多晶體燒結不同。因此，共晶粉末中的每個晶體不能用傳統的燒結方法單獨燒結。結果，只有同樣晶粒碰巧在一起的區域被燒結，因此留下了大量的孔洞。這有損燒結體的致密度。

發明公開

本發明的目的是提供一種有助于制備具有均勻致密結構共晶陶瓷的方法，尤其是制備含有稀土鋁化合物的共晶體的方法。

為了達到上述目的，本發明主要提供了下列制備方法。尤其是，本發明提供了一種制備共晶陶瓷的方法，包括使用火花等離子體燒結工藝，將共晶陶瓷粉末在500-2000℃溫度的真空或非氧化性氣氛下放置1-120分鐘，壓力為5-100Mpa，從而使晶體生長。

特別地，本發明提供了一種含有稀土鋁化合物共晶體的制備方法，包括使用火花等離子體燒結設備，將氧化鋁和稀土鋁化合物的共晶粉末在1300-1700℃的溫度于真空或非氧化性氣氛下放置1-120分鐘，壓力為5-100MPa，從而使晶體生長，得到稀土鋁共晶體結構的燒結體。