[发明专利]陶瓷材料的致密化方法

说明书

本发明涉及陶瓷材料，特别是更致密的陶瓷材料及其制造方法。

将低密度陶瓷体浸透使之致密化，一般是将陶瓷零件浸渍在化学溶液、稀浆或熔池中，这经常在真空下进行以促使去除吸附的空气。为了获得足够的渗透性和致密性，通常需要多道浸渍。采用这些通用的浸渍技术来消除最后的一点孔隙率是极其困难的，或者说是不可能的，因为在浸渍处理期间，封闭了进入陶瓷体内部的通路。由于某些浸渍剂粘度较高或者稀浆的粒度相对于陶瓷体内存在的孔过大，也可能难以充分致密化。

超临界流体是处在超出它们各自的热力学临界点条件下的致密气体和液体。它们显示出某些独特的性质，使它们有条件用作浸渍处理的介质。它们具有较高的溶解能力，能溶解许多一般不可溶的物质;它们的溶解能力与压力有关;它们有接近环境温度的处理能力;并显示出低粘度和高扩散性，并且不存在表面张力。对于任何某个具体的超临界流体，在压力足够高的情况下，材料的等压溶解度随温度而增加。在压力较低的情况，被溶解的材料的溶解度随温度的变化则相反。在一给定温度（超过流体的临界温度），降低压力则使被溶解材料在该流体中的溶解度降低。

超临界流体已被用于从粮食和其它原材料中回收某些物质。例如，美国专利No.3，806，619（Zosel）提出了将超临界二氧化碳用于回收咖啡因。美国专利No.4，104，409（Vitzhum等）叙述了用超临界二氧化碳及其它化合物从啤酒花中去除某些树脂状沉淀物。美国专利No.4，167，589（Vitzhum等）提出将超临界流体，如二氧化碳，用于脱芳香、脱咖啡因茶的浸渍处理。美国专利No.4，354，922（Derbyshire等）提出将致密气体溶剂（超过其临界温度和压力呈超临界流体状态）用于萃取烃类重油组分。参考文献提出，降低压力（同时保持温度高于临界点）或升高温度以便沉淀出溶解的烃类组分。以上说明超临界流体可用于萃取通常为不可溶的物质，并把它们从基体物质中去除。Vitzhum等的589也指出超临界二氧化碳可以吸收茶中某些芳香族化合物组份，继而在离解时又能将这些芳香族化合物在茶中再沉积。美国专利No.4，241，112（Kostandov等）提出在固体填充物表面上连续沉积金属有机化合物催化剂。催化剂的第二层沉积组分是气相或液相沉积物，同时在最初沉积的催化剂组分上发生稀的聚合反应，进行此反应的温度在某些情况下在超临界范围内。

虽然超临界技术已被证明特别适合用于粮食方面通过溶解作用去除某些组分，以及金属有机化合物的沉积作用或芳香族化合物的再沉积作用，但却没有文献资料介绍将这种技术用于多孔陶瓷结构的致密化。已发现超临界流体具有很好的渗透性质，能够很容易地渗入陶瓷材料中的较小的孔里，从而能改进陶瓷体的致密性。

本发明涉及使低密度陶瓷材料增加密度的方法。该方法包括：将陶瓷母体溶解在超临界流体中;将低密度陶瓷材料用溶有陶瓷母体的流体进行渗透（也就是浸透）;以及降低陶瓷母体在流体中的溶解度以使陶瓷母体浸透（即沉积）到陶瓷材料的空隙位置中。

以下介绍最佳具体实例。

超临界流体显示出某些特性，这些特性能使它很好地用于陶瓷材料的处理工艺。众所周知，当温度和压力分别超过它们相应的热力学临界点时，密实气体对许多一般难溶的物质具有罕见的溶解能力。并且已观察出这些物质在超临界气体中的溶解度与压力有很大关系。此外，它还能溶解高分子量的化合物、聚合物和其它物质，超临界流体具有一些有利的迁移性质，例如低粘度和高扩散性。再者它没有表面张力，因而能改进流体的浸透使之进入亚微型大小的孔隙中。

根据本发明，业已发现几种非氧化物和氧化物陶瓷母体材料在超临界流体中是可溶的。这些母体材料的溶解度能够可控变化，因而能分离几种聚硅烷和聚碳硅烷。含硅聚合物相当于碳化硅和氮化硅，因而适合在本发明中采用。这类材料包括聚碳硅烷和聚碳硅氮烷。根据本发明和以下给出的实例，还发现多孔陶瓷体可以被含有溶解的陶瓷母体的超临界流体渗透母体材料可以沉积在整块的和纤维状的陶瓷体内部。

说明本发明实例的试验结果汇总在表1，并在以下实例中进一步说明。

实例1