[发明专利]降低烧结材料密度不均匀性的工艺

说明书

美国政府权益声明

在此说明或声明的发明部分是依据美国军事研究实验室颁发的政府合同No.W56HZV-05-C-0517，在美国政府支持下进行的。政府对本发明拥有一定的权利。

技术领域

本发明涉及降低烧结材料密度不均匀性的工艺。

背景技术

在金属氧化物和非氧化物材料以及陶瓷材料烧结过程中，杂质如卤素，特别是氯和氟，会以气体形式混入其中，同时氧杂质会混入非氧化物金属和陶瓷材料中。如此混入的气体会跟金属或陶瓷材料反应生成一种或多种包含金属或陶瓷材料中一种或多种组成元素的二次气态产物，从而使金属或陶瓷材料的蒸气压明显升高，其中“蒸气压”是指含有烧结材料阳离子的所有气态产物的分压之和。这反过来会导致微结构的挥发/浓缩晶粒粗化。烧结过程中微结构不均匀的挥发/浓缩晶粒粗化会在材料中形成密度梯度(例如：表面比内部致密)，并限制可达到的密度。Ness & Rafaniello，J.Am.Cer.Soc.，77：2879-2874(1994)；portions of Sweeney，“Permeability，Drying，and Sinteringof Pressure Filtered Ceramic Nanopowders”，Ph.D.Thesis，宾西法尼亚州立大学，2005；和美国专利No.2834651，以上参考文献的内容结合在本文中作为参考，相信可以代表相关的现有技术。

发明内容

根据本发明的一个实施方案，提供一种降低烧结材料密度不均匀性的预烧结工艺，该预烧结工艺包括：(a)提供一种混合物，包括(i)含有杂质的第一可烧结材料，杂质的存在使这种可烧结材料在烧结过程中比纯净的该材料在烧结过程中产生的蒸气压高；和(ii)第二材料，它与杂质的亲和性比第一可烧结材料与杂质的亲和性高；(b)在一定温度下对混合物加热足够的时间，使第二材料至少能部分减弱所述杂质在第一可烧结材料烧结过程中使蒸气压升高的趋势。

根据本发明的一个实施方案，还提供一种提高烧结材料密度均匀性的工艺，该工艺包括：(a)提供一种混合物，包括(i)含有杂质的第一可烧结材料，杂质的存在导致该烧结材料在烧结过程中的密度不均匀；和(ii)第二材料，该材料与杂质的亲和性比第一可烧结材料与杂质的亲和性高；(b)在低于第一可烧结材料烧结温度的第一温度下对混合物加热足够的第一时间，使第二材料至少能部分减弱由于杂质的存在而导致第一可烧结材料在烧结过程中密度不均匀的趋势。

定义

本申请正文中应用了以下定义：

“烧结”是指金属、玻璃或陶瓷粉末在低于熔点温度下凝聚粘连成块。烧结发生在粉末冶金和陶瓷烧制过程中。

“可烧结材料”是指能够承受烧结的材料。

当术语“氧化物”用于可烧结材料时，指金属原子与氧原子结合的矿物质。可烧结氧化物材料的例子包括但不限于K₂O，Na₂O，Li₂O，ZnO，BeO，Cu₂O，Fe₂O₃，SiO₂，UO₂，Bi₂O₃，CoO，Mn₃O₄，TiO₂，MgO，ZrO₂，BaO，ThO₂，Ta₂O₅，Al₂O₃，Nb₂O₅，CaO，NiO，SrO，Cr₂O₃，V₂O₅，B₂O₃，HfO₂，Y₂O₃，Mn₃O₄，BaTiO₃，MgAl₂O₄，Y₃Al₅O₁₂和Fe₃O₄。