[发明专利]由化学反应生产陶瓷的方法

说明书

本发明涉及用于生产陶瓷材料的方法，所述方法包括以下步骤：通过实施至少在金属间化合物的第一粉末和反应性气相之间第一化学反应来形成陶瓷材料，在第一化学反应期间在第一粉末的颗粒周围存在液相，所述液相通过使得第二粉末熔融、或在第一粉末的至少一种元素和第二粉末的至少一种金属元素之间进行第二化学反应由金属化合物的第二粉末来获得，工作温度足够低，以防止第一粉末在陶瓷材料形成过程中熔化。

发明背景

本发明涉及制造陶瓷材料的方法以及可以通过实施该方法获得的产品。

已知化学气相渗透(CVI)方法用于使得纤维预制件致密化。此类方法包括将含有形成所述材料的所有元素的气体混合物渗透进多孔预成形件中以将其致密化。例如，申请FR 2 784 695中描述了该类型的方法。化学气相渗透源自化学气相沉积(CVD)技术，并且具有随时间恒定的沉积速率。这是一种为材料提供良好性能的方法。然而，为了获得均匀的陶瓷基质复合物(CMC)，同时避免在预制件周围过早堵塞，必须在低压下和相对低的温度(≤1100℃)下操作，以降低生长速率。这导致了CMC部件的制造持续时间长，并使得该方法昂贵。可能需要加工以重新打开周边的孔，从而使气体进入芯。然而，一旦孔隙率达到接10％至15％的值，由于大孔的存在，基质致密化可能停止。

浆料或陶瓷或溶胶-凝胶技术也是已知的，其包括用浆料或溶胶(亚微米尺寸的陶瓷微粒、烧结添加剂和液体溶剂的混合物)浸渍纤维预制件，然后整个进行干燥并在1600℃至1800℃的压力下进行烧结。例如，该方法描述于EP 0 675 091以及J.Magnant,L.Maillé,R.Pailler,J-C.Ichard,A.Guette,F.Rebillat和E.Philippe的标题为“用于复合材料的碳纤维/反应-粘结碳化物基质——制造和表征(Carbon fiber/reaction-bonded carbidematrix for composite materials-Manufacture and characterization)”的出版物，其公开于J.Europ.Ceram.Soc.32(16)2012，第4497-4505页。然而，制备碳干凝胶可能涉及使用归类为CMR(致癌、致突变、或对于生殖有毒性)的物质，这可能使工业生产变得困难。

各种已知技术可以独立使用，或者它们可以彼此组合以形成混合方法。下面描述混合方法的各种示例。

已经知道浆料技术(不含烧结添加剂)与气态技术相结合的浆料和CVI混合方法。在用浆料浸渍纤维预制件之后，基质可以随后通过使用绿色复合材料通过常规CVI进行致密化。然而，聚集的(亚)微米粉末的高密实度构成了对于良好渗透阻碍。因为材料周边处的孔过早闭合，材料的芯致密化不良。反应性物质难以渗透到小孔中，并且它们的浓度从周边到芯下降非常快速，从而大大减慢并且随后阻止了固结层的生长。然而，Tang等人(S.F.Tang、J.Y.Deng、S.J.Wang、W.C.Liu和K.Yang的《超高温陶瓷复合材料的烧蚀行为(Ablation behaviors of ultra-high temperature ceramic composites)》，《材料科学与工程(Materials Science and Engineering)》A 465(2007)，第1-7页)由通过热解碳CVI固结的ZrB₂、SiC、HfC和TaC的微米粉末的压坯制备复合材料。在该情况下，连续基质相由热解碳制成。通过用脉冲CVI代替传统CVI，可以将微米粉末(4微米(μm)至5μm)固结，形成毫米厚度的生坯(N.K.Sugiyama和Y.Ohsawa“通过使用脉冲CVI技术渗透BN来固结Si₃N₄粉末-预制件”，《材料与科学通信杂志(Journal of Materials and Science Letters)》7(1988)，第1221-1224页)。吹扫和填充生坯可以周期性地降低芯和周边之间气态物质的自然浓度梯度。但是，尚未报道亚微米粉末的可行性，并且该方法似乎难以工业化。