[发明专利]由有机金属前体制备非氧化物独石陶瓷的工艺方法

说明书

本发明涉及一种由有机金属前体制备非氧化物独石陶瓷的工艺方法。

一般来说，非氧化物陶瓷材料如AlN、B₄C、SiC或Si₃N₄是通过将适当的陶瓷粉末（其中含有改善致密过程所需的添加剂）加压烧结、热压或热等静压在高温（1700至2500℃）下制成的。这种技术存在一些不足：

一难以实现添加剂在粉末基体中的均匀分散：有人建议采用复杂的磨制工艺或湿相化学方法去改进均匀性。然而，非均匀区域的存在是不能避免的，并且由于在烧结期间陶瓷的非均匀收缩而导致最终制品产生裂纹。正因为如此，这种技术的重复性和可靠性受到限制;

一陶瓷的致密化需要高温，这就意味着需要一个高能量消耗;

一在烧结后得到多晶材料;可是，颗粒的界面较大地限制了材料的物理和力学特性，特别是在高温条件下的物理和力学特性。

本发明的目的在于提供一种新工艺方法，该方法使我们有可能在低温制成无裂纹并且有良好力学特性的致密的陶瓷材料，所说的工艺方法包括有机金属前体的热转化。用该方法可以制成非晶质陶瓷和多晶陶瓷。

更准确地说本发明的目的在于提供一种制备非氧化物陶瓷的新方法，该方法可以在较低温度（如800至1100℃）下，用或不用烧结助剂制成非晶质或多晶的、致密独石陶瓷，所说的陶瓷只含有极少量的杂质。

本发明还涉及这种陶瓷。

因此，本发明的主题首先是一种制备独石非氧化物陶瓷材料的工艺方法，其特征在于该方法包括以下阶段：

1-由难熔的陶瓷前体（Pi）制备粉末（P）;

2-将粉末（P）成型;

3-热解由2制成的制品，并得到独石陶瓷材料。

按照第一种方案，在第二阶段将粉末（P）以和一种易熔有机金属前体（Po）的混合物的形式成型，该易熔有机金属前体（Po）在该成型条件下为液体。

按照由上述方案衍生出的一种方案，在热解前，给通过2成型制成的制品提供条件，使前体（Po）交联成难熔的前体（Pi）。

按照另一种衍生的方案，含有交联的前体（Pi）（如上所示）的制品再次被液态前体（Po）浸渍。

该工艺方法的第一阶段是由难熔陶瓷前体（Pi）形成一种粉末。该前体本身可以用原来易熔的有机金属前体（Po）交联制成，也可以以交联的形式直接获得。

该易熔前体可以选自较宽范围的有机金属聚合物，该聚合物在聚合物链上含有Al、B或Si，以及C或N或O或它们的混合物。为了说明这些有机金属前体（Po），特别提出以下聚合物：

-化学式为〔R¹SiNH〕_n的聚硅氮烷

-化学式为〔RR¹SiNHNH〕_n的聚甲硅烷基肼

-化学式为〔RR¹Si〕_n的聚硅烷

-化学式为〔CH₂RR¹Si〕_n的聚碳硅烷

在这些化学式中R和R¹可以是氢原子或烷基、链烯基、炔基或含有12个碳原子以下的芳基。上式中的R和R¹最好是氢原子、乙烯基或甲基。

从前体（Po）向难熔聚合物（Pi）的转化可以以多种方式进行，特别是化学、热或物理交联，交联温度取决于具体情况，可以选在室温至约750℃。特别是化学交联可以借助于聚合物结构的反应取代基如金属一氢（例如SiH）或-NH或乙烯基或乙炔基而实现。

如上所述，还可以从一形成就或多或少具有深度交联的前体开始，对于这种情况，例如可以从聚甲基乙烯基硅烷开始，它是通过甲基乙烯基二氯硅烷与Na/K反应得到的，它已经是交联的形式。

按照该第一阶段的一种可选方案，当从易熔前体（Po）开始时，可以在所说的前体（Po）转化之前将所说的前体与烧结助剂（正如德国专利申请3，840，773中所述）混合，以便在高于热解温度的随后的热处理过程中得到完全致密的制品。

可任意地在含有ZrO₂介质的磨中，通过磨制聚合物（Pi）制造粉末（P）。一般粉末（P）的颗粒尺寸在0.1至500μm，平均颗粒尺寸可以在2至100μm。

该工艺方法的第二阶段是用粉末（P）或用含有该粉末（P）和前体（Po）的混合物形成制品。