[发明专利]陶瓷复合物的制备方法

说明书

本申请是一九八五年二月四日以马克·斯·纽柯克等人(MorcS.new kirk et al)的名义提出的题为《复合陶瓷制品及其制作方法》的未决美国专利申请697,876的部分继续申请。

本发明广泛地涉及新型复合陶瓷结构及其新的制作方法。具体地讲，本发明涉及具有包绕或镶嵌惰性填充材料的多晶基质的复合陶瓷结构，以及用母体金属氧化反应产物向可渗透的填料中生长以形成复合陶瓷结构的方法。

制作陶瓷的传统方法，无法把陶瓷自身制成陶瓷基质的复合材料，特别是增强纤维和/或增强丝网的复合结构。复合结构是包括多相材料，实体或由两种以上的不同原料构成的物体的结构。为了获得这种复合物的理想性能，应将这些不同的原料紧密地结合在一起。例如：把一种材料嵌入另一种材料的基质中，两种不同的材料便可紧密地结合在一起。典型陶瓷复合结构由包含一种或多种不同填料，如颗粒、纤维、棒杆以及其它填料的陶瓷基质组成。

制作陶瓷的传统方法，一般包括以下几个步骤：

(一)将原料制作成粉末。

(二)将粉末碾成非常精细的颗粒。

(三)将粉末制成所要求的物体的几何形状。(要考虑到后面的加工过程中的收缩)。例如，这一步可通过单向压制、均衡压制、喷灌模塑、束模塑、粉浆浇铸和其它几种技术来完成。

(四)将成形体加热到较高温度，使之硬化。这就使单个粉状颗粒结合在一起，形成一种整体结构。虽然在某些情况下，需要另外的驱动力，并能够通过使用单向的或均衡的(如热等静压)外部压力提供，但是，完成这一步最好不要使用压力而用烧结的方法。

(五)按需要，用金钢石多次研磨处理。

在制作陶瓷基质复合材料的过程中，对于传统方法来说，最困难的是上述(四)，即硬化这步，如果原料不是非常合适的，通常优先选用的方法，即无压烧结可能很难，甚至不可能把颗粒复合。更主要的是，即使原料合适，大多数情况下，正常的烧结也不可能有纤维复合，这是因为容易妨碍硬化的粉末颗粒必要的位移的纤维妨碍了颗粒的结合。在有些情况下，通过高温条件下外部压力的作用，用强制硬化的工艺已经部分地克服了这一困难。然而，这样的制作也会产生许多的问题，其中包括因外力的使用，使增强纤维受到破裂或损伤，限制了制作复杂形状的制品的能力(特别是在单向热压的情况下)，并且由于生产效率低，有时还需要大量的后处理工作，而导致很高的成本。

如果要想在基质内部保持复合物第二相颗粒的分布，另外一些困难也可能在物体成形的过程即上述步骤(三)中产生。例如，在纤维陶瓷复合物的制作，包括在物体成形步骤中的粉末和纤维流动过程会产生增强纤维的非均匀性和不需要的取向性。结果造成特殊性能的损失。

其它方法也被用作形成陶瓷基复合物的手段。例如：对于碳化硅纤维加强碳化硅基质复合物，通常采用其它反应形成需要的陶瓷的方法(化学汽相沉积工艺)形成基质结构。使用这种方法，只能取得有限的成功，这部分是因为基质的沉积过程容易立即在所有复合物第二相的表面上发生，这就造成基质的发展只能到生成表面交叉时才能发生，物体内的多孔性几乎是必然结果。另外，基质的沉积速度慢到这样的程度，以致于除非绝对必要，一般不使用这种昂贵的复合物。

第二种非传统的制作方法包括使含有需要的元素的可流动有机物料和复合物颗粒或纤维相互渗透，借此形成需要的陶瓷基质。把这种物料加热到高温，使其产生化学反应，从而形成陶瓷。同样，由于在加热期间，除去了大量的挥发性物质(原始可流动组合物中的必要成分)，容易留下多孔和/或容易破裂的陶瓷体，所以也只取得了有限的成功。

美国专利第3,437,468号公开了某些用熔化铝进行反应而获得的复合材料。可是，这些材料的基质成分原来就含有大量的铝酸镁，这种材料的性能没有某些其它陶瓷，如氧化铝理想(如硬度较低)。另外，该专利的技术要求，主要依靠铝与氧化镁和二氧化硅的反应(以游离或结合的形式)形成的陶瓷，这种降低了工艺过程的灵活性。并限制了存在于最后的陶瓷产品基质中的实际硅含量和铝酸镁含量。

本申请的主题与下列美国同属未决专利申请相关：