[其他]制備自支撐陶瓷材料的方法

無效

• 申請號: 85105558
• 申請日: 1985-07-20
• 公開（公告）號: CN85105558A
• 公開（公告）日: 1987-03-04
• 發明（設計）人: 馬克·史蒂文斯·紐克克;哈里·理查德·茨維克
• 申請（專利權）人: 蘭克西敦公司
• 主分類號: C04B35/44
• 分類號: C04B35/44;C04B35/65;C04B35/84
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 陳季壯,羅英銘

概括地講，本發明涉及自支撐陶瓷材料制備的新方法。按照本發明生產的陶瓷材料具有致密的多晶顯微結構，與普通的陶瓷相比它具有強度高和斷裂韌性好的特點。

用以制備陶瓷材料的本發明方法是基于這樣一種發現，即當金屬或合金（下文中也稱之為“底基金屬”）與其氧化反應產物間不存在固有的相似表面能關系時，可通過從外部有選擇地摻入底基金屬（如下所述），使一份內容已公開的有關專利說明書中所描述的金屬或合金新穎而令人驚異的氧化行為被誘發出來，以便造成良好浸潤現象進而使得底基金屬穿過其反應產物進行遷移的表面關系。在本發明之前，認為當上述底基金屬和它的氧化反應產物間不存在固有的相似表面能關系時，這種相似表面只能通過在底基金屬中加入一種或多種摻雜物的合金化的方法得以改善。本發明中令人驚奇地發現，通過有選擇地將一種或多種摻雜物加到底基金屬的表面，能夠誘發產生這種表面能關系，進而局部地引起金屬的遷移，并象在先前所引用的有關專利說明中所描述的那樣，陶瓷只是在有選擇摻雜的底基金屬的局部表面上生長。本發明的先進之處在于陶瓷的生長是在底基金屬表面一個或多個選擇性區域進行而不是無選擇地，這使得該工藝操作更為有效，例如，對于陶瓷板的生長（僅僅在底基金屬板的一側表面摻雜）。本發明的先進之處還在于能使陶瓷在底基金屬上生長而無需進行合金化，這使得在市售鍛壓金屬和合金上生成涂層的工藝進行起來很容易，如果用另外一種方法則沒有合適的摻雜組份。

在本發明中，通過把一種或多種摻雜物覆蓋到底基金屬的全部或部分表面的方法對底基金屬進行了有選擇地摻雜。這樣的覆蓋層可通過涂漆浸漬、絲網遮蔽、電子發射、陰極真空噴鍍等方法獲得，并且還包括有機或惰性無機粘合劑、媒介物、增稠劑，等等。然后將摻雜后的底基金屬暴露在溫度高于底基金屬熔點的氧化環境中。

在這樣的工藝條件下，液態的底基金屬從其表面向外氧化，通過芯吸的方法沿著通道向氧化氣氛發展，這些通道在其它不滲透的反應產物結構中的能量高的晶界處形成。由于液化金屬與氧化氣氛反應，新的物質不斷地生成。這樣不斷“生長”的陶瓷結構是金屬與氧化氣氛反應的產物，并且主要沿著低能量的晶界相互相連。這樣產生的材料還含有底基金屬或合金的一些成份或全部成份，它們以金屬形式分散在整個微觀結構中，或相互聯接，或相互獨立排列，材料所呈現的這種結構或多或少與工藝條件有關，這將在本文中進一步詳細闡述。材料的分散均勻性和反應產物/金屬結構的致密性似乎解釋了產品陶瓷的斷裂韌性好和強度高的機理。

本發明的材料能在整個截面上十分均勻地生長變厚，而這一點是迄今為止生產致密陶瓷結構材料的普通工藝所不能做到的。生產這些材料的工藝也避免了在普通的生產陶瓷方法中制備均勻的粉末和壓實技術所造成的成本過高。

近年來，陶瓷越來越被人們認識到是一種過去使用金屬的結構應用的備選材料。這種取而代之的原因是陶瓷與金屬相比具有優良的特性，如耐腐蝕、硬度高、彈性模量高、耐高溫等。同時也考慮到這樣的事實，即現在許多現代化構件和系統的工程性能極限由于常用材料的性能達不到要求而不能發揮出來。這種未來可望取代的領域的實例包括，發動機零件，熱交換器、切割刀具、軸承和耐磨表面，泵和海洋用設備等。

然而，在結構應用方面使陶瓷代替金屬成為可能的關鍵一直是提高陶瓷的強度和斷裂韌性的成本效益開發問題，目的在于使它們在所設計的環境中包括抗張載荷、振動和沖擊等，使用安全可靠。到目前為止，生產高強度，性能可靠的整體陶瓷的努力已經集中在改進粉末加工技術上，真正使得陶瓷性能在狀態、工藝方面都得到改善，而這是很復雜的過程，并且通常成本效益很低。在普通的粉末加工技術中有兩個重點：1.利用溶膠、等離子體和激光技術改進生產超細、均勻粉末材料的方法。2.改進壓緊壓實方法，包括粉末冶金技術，熱壓和熱等壓。這些嘗試的目的在于制備出致密的，細晶、無裂縫的顯微結構，事實上采用這些方法已經制備出具有改進結構性能的陶瓷。然而，即使得到了改進的陶瓷結構，這些普通技術研究的結果卻大大增加了陶瓷作為一類工程材料的成本。

陶瓷材料工程方面的其它局限性目前不僅沒有得到解決，而且事實上現代陶瓷工藝的改進卻加劇了這些局限性，因為現代陶瓷工藝的多變適應性較差。普通的加工方法目的在于壓實材料（例如，除去粉末顆粒間的孔洞）這正好與生產大型整體結構的陶瓷相矛盾。這種陶瓷有整體爐襯，帶壓殼體，鍋爐和過熱管等等。保壓時間和壓緊力問題隨零件的外形尺寸增加而更加突出。加工設備的壓力室壁厚（用于熱等壓加工）和模具尺寸（用于熱壓加工）隨著陶瓷制品外形尺寸的增加而增加。