[发明专利]透明陶瓷

说明书

本发明的主题是透明陶瓷、其制备方法及其用途。

本发明涉及高强度透明陶瓷，其包括所有的透明陶瓷材料，例如Mg-Al-尖晶石、AlON、钇铝石榴石、氧化钇、氧化锆等。特别令人感兴趣的是具有增加的机械负荷能力的材料，且在此特别是保护陶瓷，如Mg-Al-尖晶石、                                                、氧化铝等。

为了保护例如车辆如军用车辆或部分民用车辆免受射击而给它们装甲。装甲通常借助金属-或金属-陶瓷-体系进行。然而，这样的体系不能用于包含窗户，像侧窗玻璃、挡风玻璃等区域。给这些区域例如配备防弹玻璃。但是，众所周知，恰恰对穿甲武器，防弹玻璃具有比所述复合体系或金属装甲体系明显更低的弹道学效率。其结果是配备有防弹玻璃的窗户区域是车辆的薄弱处。足够的防护性能只能通过非常大的重量来实现，因此车辆的机动性和有效载重限值明显降低。

与防弹玻璃相比，透明陶瓷具有改进的保护性能。出于这个原因，相对早就已经在寻找防弹玻璃的替代方案。这些基本上是在陶瓷如尖晶石和中找到。与防弹玻璃相比，这些陶瓷具有改进的机械性能，如提高的强度和硬度。但是，与防弹玻璃相反，在已知陶瓷的情况中，难于生产几乎无缺陷的部件。在透明陶瓷的部件中，大都留有零星的较大的> 100μm的缺陷。这样的缺陷的实例尤其是由于在透明陶瓷的原料粉末中的孔造成的孔，以及颗粒残余物，压制缺陷，脱气（Entgasungen），有机夹杂物或诸如此类的。虽然这些缺陷不一定影响透明度的测量，但它们不利于视野因而是应避免的。夹杂物，如其在压制方法中是不能有效避免的，尤其是在作为透明陶瓷保护材料使用时减小了陶瓷材料的效用。此外另一效果是：

例如，在International Journal of Impact Engineering，2002年5月27日，509-520中报道，HEL（Hugenostic弹性极限）对于作为弹道保护的陶瓷的有效性而言是决定性量值。此外发现孔隙率对HEL的强烈影响。较大的孔 - 在数量和具体尺寸方面 –使HEL减少并因此减小保护作用。

在Ceramic Engineering and Science Proceedings，26:77，2005，123-130中描述了孔隙率是与损伤关系重大的，因为它被确定为材料流动的触发器并因此破坏陶瓷。

此外，已经表明，强度对于车辆中透明陶瓷的窗玻璃的安装而言是一个重要参数，因为由于机械应力，如石头的撞击或车辆的扭转，合适的强度是必要的。因为通常希望相对薄的陶瓷层，所以希望相应大的强度，以能够实现薄的窗玻璃。也就是说，对于使用而言，整个部件- 大都以单个砖的形式 - 的强度是非常重要的。因为在陶瓷部件中最大的缺陷是与失效关系重大的，所以小的个体标本上的高强度没有提供足够的信息。

高的四点弯曲强度是用以表征该部件的一个好的测量尺寸。为满足本发明的较高的强度要求，在四点弯曲试样中不允许存在大的结构缺陷，从而降低在较大的部件中存在相应缺陷的概率。为了满足最低要求，按照DIN EN843-1，在四点弯曲试样中应不存在>100μm的缺陷，更好不存在>20μm的缺陷。

在迄今的研发中一直试图实现具有提高的强度的部件。MER公司，Tucson, Arizona, USA，已经产生了具有约300MPa的四点弯曲强度的尖晶石。在大都借助LiF制备的热压部件中，所述孔具有有利于透明度的光滑表面，并因此不是光学上不利的。然而，借助显微分析可以检测到存在较大的孔，此外由于高的工艺温度造成的大的晶体同样具有降低强度的作用。最大四点弯曲强度为平均≤300MPa（MER数据）。根据EP 1557402 A2制备的具有粒度< 1μm的陶瓷似乎也具有降低强度的元素，因为在那里给出的200-250MPa的强度甚至低于热压部件的强度。尽管没有公开各夹杂物的大小数据，但这样的夹杂物造成了低强度，因为甚至在≥50μm的粒度下也可以测得更高的强度。