[发明专利]借助流化床造粒制备透明陶瓷物品的方法

说明书

本发明涉及透明陶瓷物品的生产方法，所述透明陶瓷物品在300nm至4000nm之间的波长范围在所述陶瓷物品的壁厚为2mm的情况下具有＞10％的RIT。

这种陶瓷物品例如可用于弹道学中，因为其可在高硬度的同时实现所希望的透明度。另外的应用可能性例如在光学领域。

背景技术

为了保护车辆如军用车辆或民用车辆免受射击，通常给它们装甲。装甲大都借助金属-体系或借助金属-陶瓷-体系进行。然而，这样的已知体系不适用于汽车的侧窗玻璃、挡风玻璃等区域。给这些区域通常配备防弹玻璃。但是，防弹玻璃尤其对穿甲武器具有相对低的弹道学效率，所以窗户区域是这样配备的车辆的薄弱处。此外，防弹玻璃造成大的重量，以确保足够的防护。

透明陶瓷具有更好的防护性能，因此寻求防弹玻璃的替代品。这些替代品基本上在尖晶石和氮氧化铝(AlON)中找到。然而，由于需要很高的加工温度，这些已知材料是粗晶的，具有明显＞1μm，或者甚至明显＞10μm的粒径。这些已知替代品的另一不足之处在于其成本高昂，因为在一个持续数小时的制造周期中，仅能实现一小部分。由此导致如此生产的透明陶瓷物品需要数倍于防弹玻璃的成本。尽管已知的透明陶瓷物品拥有更好的特性，但它们迄今还未能在市场上占有显著的地位，或者其迄今只能进行实验室规模的生产。

因此，迫切希望一种更为经济的透明陶瓷物品的生产方法。此外，相较于迄今使用的粗晶热压材料，也希望改善结构特性。这种结构特性的改善例如描述于EP1557402A2通过凝胶浇铸。凝胶浇铸是湿法成型。除凝胶浇铸外，也已知注浆成型、压铸和电泳沉积(EPD)。然而所有这些已知方法均需要复杂的干燥及/或脱脂。此外，因为此种方式生产的陶瓷物品的表面品质还有许多待改进之处，所以需要进行复杂的表面后处理。

所以，希望寻求一种不复杂的经济的透明陶瓷物品的生产工艺。在经济性方面压制法尤其适合。然而，迄今没有任何具有所需光学和机械特性的陶瓷能用这种技术经济地生产。其原因尤其在于坯体烧结能力太低，该能力基本上由孔分布和孔体积决定。因为，在传统压制成型中，孔体积和尤其是孔分布比湿法成型方法差。

除了压制之外，造粒对于透明陶瓷物品的生产也十分重要。只有在存在最佳粒料时才能制备无缺陷材料。

大多数情况下使用的粒料是喷雾粒料。因其生产方式，喷雾粒料的孔比例较高，而且由于粒料的外壳暴露在比粒料中心明显更高的生产温度下，该粒料具有不规则结构。此外，总是发生水由粒料内部向外的扩散，所以在各颗粒内有梯度密度曲线。在大多数情况下，在粒料内甚至产生在压制粒料时不能完全均匀的空心区域。

Kim D.J.，Jung J.-Y″Granule performance of zirconia/alumina composite powders spray-dried using polyvinyl pyrrolidone binder，，J.E.Ceram Soc.27(2007)3177-3182描述了基于喷雾造粒的实心粒料；但其仍然存在在粒料的边缘区域与中心区域之间的暴露温度不同的问题。这将导致较宽的孔分布。

为回避上述问题的一种可能性是冷冻造粒；它产生非常均质且均匀结构的粒料，因此在烧结的陶瓷中产生好的性能。然而，迄今在陶瓷领域此技术仅以实验室规模应用，且不适用于大规模生产。此技术使用液氮进行生产，需要很高的制造成本。在喷雾之后，该材料还必须在另一步骤中冷冻干燥。

由申请人的DE 10 2007 059 091 Al中已知一种制备在600nm至650nm之间的相对小的光波长范围内具有RIT＞40％的透明陶瓷的方法。作为关键工艺步骤，此方法利用粒料的循环压制来制作胚体。在这种已知方法中，可将通过喷雾造粒、通过冷冻造粒或通过流化床造粒制备的常规陶瓷颗粒通过循环压制制成在上述波长范围内透明的陶瓷物品。

本发明的目的是实现本文开始提及类型的方法，由此用已知的工艺技术通过特殊陶瓷粒料的单轴压制或冷等静压成型可以制备在宽的波长范围内透明的陶瓷物品。

根据本发明，上述目的通过权利要求1的特征得以实现。本发明所述方法的优选实施方案和/或扩展方案在从属权利要求中表明。