[发明专利]陶瓷金属复合物

说明书

本发明涉及由金属浸入多孔性陶瓷组成的陶瓷金属复合物。

这种类型的陶瓷金属复合物在欧洲专利O155  831（Lanxide）中揭示出。按照Lanxide专利的权利要求11，要使陶瓷体具有良好的渗透性，其小角晶粒周边必须保持在一定的范围内。

1985年7月23日日本专利61/163224（Sumitomo  Electric  Industries）揭示，在压力作用下，将铝熔体浸入孔隙为85-90%的陶瓷体。

再者，1985年5月30日英国专利21  48  270（British  Ceramic  Research  Association）揭示，在6.72Kpsi的压力下，将在700℃熔化的铝浸入孔隙率为39%的多孔性SiC陶瓷，可得到陶瓷合金。

此外，1983年10月1日捷克和斯洛伐克专利CS20 61 32中描述的陶瓷合金的制造方法为：清除多孔性陶瓷材料中90-95%的Al₂O₃，剩余的是SiO₂，并在压力超过1Mpa的惰性气体下，浸入700°-900℃的铝或铝复合物。浸入之前，模制陶瓷品的孔隙率为41%。

因此，将金属熔体浸入这种高度多孔性陶瓷材料，以使其产品具有显著的金属特征。陶瓷金属复合物的主要特征表现为金属性特征，这样它的硬度、耐温性、耐磨性就大大低于严格的陶瓷材料。

本发明的目标是改善陶瓷材料的弯曲强度、刚度、弹性系数、硬度以及耐磨性。处理后的陶瓷材料的硬度、耐高温性和耐磨性等特征优于金属材料。

实现该目标的方法是制成了由金属侵入多孔性陶瓷组成的陶瓷金属复合物，其特征左右，陶瓷由几层组成，层厚保持在10-150微米，平均孔径保持在100-1000mm之间，开孔孔隙率为5-14%，总孔隙率为5-30%，除去剩余孔隙率之外填入金属的孔隙体积为最新的孔隙率的0.1-10%。已查明，将熔化金属浸入总孔隙率为5-30%的多层结构的陶瓷，能够得到想要的特征组合。此外，所谓总孔隙率就是陶瓷在浸入熔化金属前的原有孔隙率。这里尤为重要的是，借助Carlo-Erba水银孔率计测定的平均孔隙半径为100-1000nm。

本发明中使用的金属有铝或铝合金，尤其是铝-硅合金，镁，铅，锌或铜，钢或灰铸铁，钛或钛合金。而用作陶瓷的有纯氧化物陶瓷，预反应态的以氧化物为基础的多成份物料尤其是2种或多种纯金属氧化物在等离子流中就地反应后的氧化物陶瓷。

借助多层结构得到的陶瓷材料的孔网结构使浸入熔化金属的方法变的十分便利。按照本发明，可通过陶瓷材料的粒径以及液态等离子流的流速来控制该孔网结构。

如果陶瓷具有由彼此相互连接的孔和孔道组成的孔网结构，Lanxide专利中的小角晶粒周边则不必借助实验设备确定。按照本发明，如果陶瓷由几个不同孔隙率的薄层依次组成，该特殊结构就存在。

对于应用像焊接或低温焊接陶瓷/金属这样的金属连接结构来说，陶瓷材料的孔隙率由里向外增加以使金属的比例朝外增加，被让实是有效的。这样的孔网结构被称为“梯度结构”。其复合物的外部主要表现为金属特征，内部主要表现为陶瓷特征。

通过改变喷射到基体上的液态稳定等离子流的粒径获得这种梯度结构。例如，最新最好用d粒径为20微米，陶瓷材料外层的粒径增加到d值超过100微米。反之亦然，这取决于金属表面的朝向，主要的是，陶瓷材料最接近金属结构的表面是用大粒径粉产生的。

建立在氧化层基础上的多层复合材料，在预反应状态下能够有利地被用来增加硬度和改善耐磨性。多层复合材料被看成两种或更多种陶瓷氧化材料，通过碾磨并在烧结温度预反应形成的粉末的混合物。此后，将它们加入等离子燃烧器的反应区。

下面通过几个操作例子更详细地描述该发明。本发明的陶瓷金属复合物的生产，先要经过等离子喷射，然后将金属浸入CMC。与通常的Lanxide专利的CMC材料相比，通过以上操作，本发明的CMC材料的特征被认为得到了显著改善，如果他们的梯度结构定义为：复合物中不同层的陶瓷颗粒有不同的形状系数，特别是有一个从内到外增加或减少的形状系数。陶瓷颗粒层形状系数大于5。