[发明专利]致密碳化硅制成的产品

说明书

技术领域

本发明涉及基于碳化硅（carbure de silicium）的致密产品，该产品尤其因其耐磨性质，特别是耐受冲击造成的磨蚀（在本领域也称为冲击磨损）的性质而使用。

背景技术

当考虑施以磨蚀的产品的磨损时，在本领域中表现出滑动磨损和冲击磨损。

滑动磨损由封闭在环境中的磨料颗粒的切向摩擦产生的磨损组成。通常通过标准ASTM G76-04的试验以待测试样品表面处入射的切向角来证实。

固体颗粒撞击造成的冲击磨损或冲击侵蚀磨损或侵蚀由游离磨料颗粒产生的磨损组成。通常通过标准ASTM G76-04的试验以此时大约90°的磨料颗粒的入射角来证实。

这些应力由此涉及和需要非常不同的产品性质。

特别地，为其良好的耐滑动磨损性使用的产品在需要耐冲击磨损性的用途中不一定同样有效。它们因此不能（先验地）直接用于降低冲击磨损，反之亦然。

已知的是，碳化硅产品表现出对冲击磨损的良好耐受性。但是，由于经济的原因，使用条件是以日益显著的方式对所述产品施加应力，特别是在其中在液体或非液体介质中由硬分割材料如岩石、砂砾或晶粒对所用材料施以高磨蚀的设备中。由此需要表现出更进一步的耐冲击磨损性的碳化硅产品。

本发明的一个目的是满足此类需要。

出版物“Microstructural design of sliding-wear-resistant liquid-phase-sintered SiC: An overview”, Borrero-Lopez等人, Journal of the European Ceramic Society, 27 (2007), 第3351-3357页, 描述了通过液体状态下的烧结反应使用氧化铝钇致密化碳化硅颗粒。根据该出版物的教导，特别是图1中给出的显微结构的照片，在最终产品中，氧化物的结晶相存在于SiC晶粒之间。这表明，此类产品表现出对滑动磨蚀的耐受性质。在该出版物中并未提供关于此类材料的耐冲击性的信息。

综述性出版物Ceramics International, 19, 第347-351页(1993)描述了通过HIP（高等静压）技术在最高5重量%的量的氧化物液相存在下致密化SiC产品的方法。

根据该出版物的图1中给出的数据，并且通过重新计算各材料的绝对密度的理论值（通过考虑其组成），有可能计算出下列的相对密度：

该出版物中描述的HIP法的条件显示出非常严苛的压力和温度：200 MPa, 1850℃（参见第348页，第1栏中间）。但是，可以看出，通过此类方法获得的样品的相对密度仍然低于97%，无论引入的氧化物相的百分比如何。

发明内容

根据第一方面，本发明涉及表现出大于97%的相对密度的烧结产品，所述烧结产品由以下成分组成：

- 超过92重量%的碳化硅，

- 0.5重量%至8重量%的包含元素O、Si和一种或两种选自Al和Y的元素的非晶态次要相，

- 以附加相或不可避免的杂质的形式存在于所述产品中的总计小于2%的其它元素，

其中，碳化硅以有利地表现出小于3微米的平均尺寸的晶粒形式存在，并且其中所述次要相是非晶态的，基本上位于碳化硅晶粒的边界处。

术语“产品的相对密度”理解为是指等于堆积密度除以绝对密度的比，以百分数表示。

术语“产品的堆积密度”在本发明的含义中理解为是指等于产品重量除以所述产品占据的体积的比。

术语“产品的绝对密度”在本发明的含义中理解为是指等于在研磨至基本不存在封闭孔隙的细度后所述产品干物质重量除以研磨后该重物的体积的比。这可以通过氦比重法来测得。

术语“非晶态”在本发明的含义中理解为是指在对所述产品的粉末进行的X射线衍射图上没有出现存在于晶界处的相的结晶峰特征，即使在几小时的采集时间后。此外，次要相的非晶态性质——特别是对于最低浓度的所述次要相（通常小于1重量%）——可以由通过以下方法进行的透射电子显微镜（TEM）观察来证实：随机取出待表征的产品的至少10个样品，并准备用于通过“岩相学”技术进行的透射电子显微镜观察。如果相对于入射电子束，在取向改变的过程中在衬度方面没有变化（无衍射衬度）的话，对样品取向（或倾斜（tilt））的改变能够证明所述第二相的非晶态性质。相反，结晶相在倾斜过程中会发生衬度（contraste）的变化（衍射衬度），例如由浅灰色变成黑色。