[其他]新型陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85101457
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85101457A
• 公開（公告）日: 1986-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 馬克·史蒂文斯·紐克克;斯蒂文·弗蘭克·迪尤
• 申請（專利權）人: 蘭克西敦公司
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 羅英銘,劉元金

本發(fā)明一般地說是關于一類新型陶瓷材料及其制備方法的。發(fā)明中涉及到的此種陶瓷材料具有致密的多晶態(tài)微觀結構，與傳統(tǒng)的陶瓷相比，常常是很結實和不易碎裂的。

形成本發(fā)明中陶瓷材料的方法是以發(fā)現下述條件為根據的，這些條件可使金屬材料產生出奇的氧化行為。當把某種合適的金屬或合金（后面會具體談到）置于其熔點以上的特殊溫度環(huán)境下的氧化氣氛中時，此種液化了的金屬將從它的表面朝外氧化，并沿著這樣一些通道借抽吸作用而逐漸通向氧化氣氛，這些通道取代了高能晶界，而以另一種形式形成了不透氣的氧化物結構。通過液態(tài)金屬與這種氧化蒸汽的反應，繼續(xù)不斷地形成新的氧化物材料，這樣就沿著低能晶界上初步地“生長著”一種相互連接的陶瓷質氧化物結構。制得的材料還包含有母體金屬或合金以金屬形式分散于相互連接和弧立排列的微觀結構中的一部分或其全部，而這要較多或較少地取決于將進一步嚴格確定的處理條件。這些均勻分散的金屬材料和氧化物金屬結構的致密性質，看來將關系到最終陶瓷材料能否有很高的抗破裂特性。

本發(fā)明的這種材料能夠在其整個橫截面上并沿厚度方向，以基本均勻的性質生長，而這是生產致密陶瓷結構的常規(guī)方法所不能奏效的。采用本發(fā)明中的方法，還能避免因準備均勻的細粉與壓型技術所耗用的高成本，而后者又是陶瓷生產的常規(guī)方法中所必須的。

近年來，陶瓷日益增多地用作結構材料，以取代歷史上習用的金屬。之所以如此，是因為陶瓷具有許多優(yōu)于金屬的性質，如抗侵蝕、有合適的硬度和彈性摸量以及耐高溫，加上這樣的事實：許多現代化部件和系統(tǒng)在性能上的工程限度，現在已由于傳統(tǒng)采用的材料具備了上述性質而得以開拓。預期可以進行這類替換的范圍包括以下一些例子：發(fā)動機部件、熱交換器、切削工具、軸承與磨耗面、泵與船用硬件。

然而，使陶瓷能在結構應用中代替金屬的關鍵，在于以合算的成本提高了陶瓷的強度和抗破裂特性，使之能可靠地用于構制與張力負荷、振動和沖擊有關的設施。時至今日，為生產出高強、可靠與整體式陶瓷件的努力都集中于改進粉末加工工藝，而真正能從當前技術工藝水平上改善陶瓷的性能特征，則是很復雜的而且在成本上也是不合算的。傳統(tǒng)的粉末加工工藝著重以下兩個領域：1）用溶膠-凝膠、等離子體與激光技術改進生產超細均勻粉料的方法，以及2）改進密實化與壓坯方法、包括采用優(yōu)良的燒結技術、熱壓與熱等靜壓法。這種努力的目的是為了生產出致密、細粒度的無裂紋的微觀結構，而這類方法事實上欲也改進了陶瓷的結構性能。但是，盡管在傳統(tǒng)工藝范疇從事這類發(fā)展的結果，已使陶瓷的結構改進，卻使用作工程材料類的這種陶瓷成本大大增加。

另一個限制陶瓷材料用于工程目的的問題則不僅未曾解決，反而在事實上因現代化的陶瓷加工技術的進步而惡化，變得捉摸不定。指向致密化（即消除粉粒間的空隙）的傳統(tǒng)方法是和把陶瓷用作大型的單一構件的目的不相適應，例如用作爐子的整體內襯、高壓鍋體、鍋爐與過熱器的管子等。加工的滯留時間與壓縮力等問題隨著部件尺寸的加大而大大增加。加工設備的壓力室壁厚（對于熱等靜壓時）與模子尺寸（對于熱壓時），隨著陶瓷制品尺寸的全面增加而按幾何級數增加。

本文描述的發(fā)明采用一種較前述傳統(tǒng)方法簡單而又低廉的機理，來實現生產致密、高強和抗破裂的陶瓷微型構件。利用本發(fā)明，現在也能可靠地生產大尺寸和（或）厚截面的陶瓷件，這就給陶瓷材料的應用開辟了憑傳統(tǒng)陶瓷生產工藝難以想象的新前景。

過去偶爾也曾把金屬的氧化設想為一種形式氧化物型陶瓷體的理想的有吸引力的方法。本說明書及其所附權項范圍中用到“氧化物”一詞時，是指一種金屬的任何這樣一類氧化態(tài)，在此種氧化態(tài)下，該金屬放出電子給其他元素或元素結合體以形成化合物，同時用“氧化物”一詞來概括例如以氧、氮、鹵素、碳、硼及其組合所形成的金屬化合物等。形成本發(fā)明中陶瓷材料的基本過程反映出，已發(fā)現了使金屬產生出色氧化行為的充分必要條件。為了恰如其份地評價這一發(fā)現的意義，簡單回顧一下對一般氧化行為所掌握的知識以及過去限制把金屬的氧化用作為生長陶瓷體的一種機理的事實，對讀者是有幫助的。

傳統(tǒng)上，金屬按下述四種一般的方式氧化。第一種，某些金屬當暴露在氧化環(huán)境下氧化而形成片、塊狀或多孔質的氧化物時，繼續(xù)使金屬表面暴露于氧化環(huán)境下。在這一過程中，并未因金屬的氧化而形成獨立的氧化物體，倒是形成一堆片狀或粒狀氧化物。例如，鐵就是以這種方式氧化的。

在第二種方式中，已知有某些金屬（例如鋁、鎂、鉻、鎳或其他類似元素）是按這種方式氧化成相當薄的保護性氧化物表層，此種表層遷移氧或金屬的速率很低，因而有效地保護了表層下的金屬免于進一步氧化。這種機理不能以足夠的厚度生產出任何具有顯著統(tǒng)一結構的獨立氧化物。