[发明专利]制备共晶陶瓷的方法

说明书

本申请为中国专利申请No.00808245.6(PCT/JP00/01948)的分案申请。

技术领域

本发明涉及制备共晶陶瓷的方法。具体地说，本发明涉及由稀土铝酸盐和氧化铝或稀土氧化物的共晶粉末中产生共晶晶体结构(以下简称“共晶”)的方法。尤其是，本发明提供了致密的烧结共晶陶瓷体，其与传统的材料相比几乎牢不可破，并具有多种工业用途。

背景技术

习惯上，使用Bridgman技术制备共晶陶瓷如氧化铝和稀土铝酸盐化合物的共晶体，该技术是一种单晶生长技术。特别地，制备具有理想形状的成品是通过单向凝固法，该法包括将试样装入钼或钨制的坩埚中，在高温下熔化试样，并从底部开始使试样慢慢冷却，从而使共晶晶体从底部向顶部连续生长(D.Viechnicki and F.Schmid，J.Mater.Sci.，4(1969)84-88)。该共晶体为优异的高温材料，其强度可维持至1700℃(Y.Waku，H.Ohtsubo，N.Nakagawa，and Y.Kohtoku，J.Mater.Sci.，31(1996)4663-4670)。

在上述使用单向凝固法制备共晶体的方法中，试样尺寸受限于坩埚尺寸。而且，由于只制备柱状共晶体，有必要将共晶体加工成适于实际应用的特定形状。此外，使用传统的方法合成试样要求缓慢的冷却步骤，其中需要一段较长的时间以允许长成大的共晶体。

原则上，通过将共晶组分的原材料熔化并使熔融物凝固来获取上述的共晶体结构。例如，通过将试样装入水冷的铜容器，并用电弧或电子束熔化试样，从而在短时间内获得共晶体。但是，由于该方法不能使试样均匀熔化，得到的共晶结构不均匀并含有大量的孔洞，其中产生了大量的裂纹。因为此，很难制备大的共晶体材料。

具有相对均匀结构的共晶体可通过将共晶组分的原料置于一个大炉子中，并用电弧只在中央部位熔化原材料。该种情况下，也会产生裂纹，因此难以获得大的共晶体。

通过研磨用这些方法得到的共晶体可得到共晶粉末。通过将共晶粉末进行晶体生长或烧结，能得到理想形状的共晶体。但是，传统的烧结技术不能使共晶粉末充分成长以形成大的共晶体。

在此使用的传统烧结技术包括无压烧结法、热压法和热等压法(HIP)。无压烧结法中，初始粉末材料只通过加热来烧结。热压法和HIP法除了加热以外还施加压力，以促进烧结。与无压烧结法相比，这两种方法的优点在于粉末材料可在较低的温度下烧结。热压法和HIP法的区别在于提高施加压力的能力。

这三种方法通过加热或加热与压力相结合来促进物质扩散，从而烧结物质。但是，共晶体的结构为两种组成单晶相互掺合。因此，这两种单晶必须分别生长，以便使用共晶粉末作原材料获得大的共晶体。该现象与传统的多晶体烧结不同。因此，共晶粉末中的每个晶体不能用传统的烧结方法单独烧结。结果，只有同样晶粒碰巧在一起的区域被烧结，因此留下了大量的孔洞。这有损烧结体的致密度。

发明公开

本发明的目的是提供一种有助于制备具有均匀致密结构共晶陶瓷的方法，尤其是制备含有稀土铝酸盐化合物的共晶体的方法。

为了达到上述目的，本发明主要提供了下列制备方法。尤其是，本发明提供了一种制备共晶陶瓷的方法，包括使用火花等离子体烧结工艺，将共晶陶瓷粉末在500—2000℃温度的真空或非氧化性气氛下放置1-120分钟，压力为5—100Mpa，从而使晶体生长。

特别地，本发明提供了一种含有稀土铝酸盐化合物共晶体的制备方法，包括使用火花等离子体烧结设备，将氧化铝和稀土铝酸盐化合物的共晶粉末在1300—1700℃的温度于真空或非氧化性气氛下放置1—120分钟，压力为5—100MPa，从而使晶体生长，得到稀土铝酸盐共晶体结构的烧结体。