[其他]制备自撑式材料的方法以及用其制造的产品

说明书

本发明涉及一种新型的自撑式材料，及其新的制备方法。更确切地说，本发明是关于制造自撑式材料的方法，该方法是通过一种熔融的母体金属向含硼源以及可任意选择的一种或多种惰性填料的床层或物团反应性渗透，从而形成包括金属和硼化物及填料（如果使用）的复合材料。

近年来，使用陶瓷作为结构应用已引起日益关注，而这种结构应用传统上是采用金属。这是因为陶瓷与金属相比，就特定的性质来说是优越的，例如耐腐蚀性，硬度，耐磨性，弹性模量以及耐高温性能。

但是，将陶瓷用于上述目的，主要受制造所需陶瓷结构的可能性和成本的限制。例如，用热压、反应烧结和反应热压的方法生产硼陶瓷体是众所周知的。热压方法是，将所要求的硼化物的细粒在高温高压下压实。而反应热压法，举例来说，是将硼或金属硼化物与适宜的含金属的粉末压实，也是在高温高压下进行。美国专利3937619（发明人E.Clougherty）描述了用热压压制粉末金属与粉末二硼化物的混合物的方法制备硼化物体;美国专利4512946（发明人Mo    Brun）描述了热压含硼陶瓷粉和金属氢化物，制成硼化物复合材料。但是，这些热压方法需要特殊处理工艺和昂贵的专用设备，要生产的陶瓷部件的尺寸和形状也有限，一般来说生产率低和生产成本高。

陶瓷材料用于结构件的第二个主要的缺点，是延性和韧性（即损伤容限或耐断裂性）差。这种特性往往会引起使用中的陶瓷突然严重损坏，即使在相当平稳的不大的拉应力下。

有人已试图将陶瓷与金属复合，并近于解决了这个问题，一种方法是采用陶瓷与金属结合，例如，金属陶瓷或金属基体的复合材料。该方法的目标是要兼得陶瓷（如硬度）和金属（如延性）的最优良的特性。欧洲专利申请0116809揭示了一种制造陶瓷金属复合材料（金属陶瓷）的方法。根据该专利公开的内容，首先要准备由几种颗粒组分构成的疏松的反应混合物，然后该混合物在与渗入混合物中的熔融金属接触时反应。这种反应混合物可以是含二氧化钛、氧化硼和铝的混合物（具有化学计算量和颗粒状），该混合物与熔融铝接触时，反应生成二硼化钛和氧化铝，作为渗入铝的陶瓷相。从上述内容明显可知，熔融金属铝，是还原剂而不是反应生成的硼化物的产物母体。

欧洲专利申请0113249公开了一种制备金属陶瓷的方法，该方法是：先在熔融金属相的原位形成陶瓷相的弥散颗粒，而后，在熔融状态保持足够的时间，使之形成交互生长的陶瓷网。通过在熔融金属中钛盐与硼盐反应的例子说明陶瓷相的形成。陶瓷在原位发展并成为交互生长网。但是没有发生渗透;此工艺中用的熔融金属铝仍是还原剂;且不参与反应形成硼化物，硼化物在熔融金属中形成脱溶物。该申请中的两个实施例都表明，没有生成Ti Al₃、Al B₂或Al B₁₂的颗粒;相反，Ti B₂的形成表明，铝不是硼化物的金属产物母体。

美国专利3864154公开了一种靠渗透得到的陶瓷-金属体系。该体系是在真空中用熔融铝浸渍压实的Al B₁₂得到的。要制备的其它材料包括Si B₆- Al;B- Al;B₄C-Al/Si;和Al B₁₂-BAl。该专利没有提出究竟是什么样的反应，也没有提到与渗入金属反应的混合物，没有提到埋在惰性填料中的反应产物或实际的复合材料。

尽管，这些制造金属陶瓷材料的基本思想产生过希望的后果，但总的来讲，还需要更有效更经济的方法制备这类陶瓷-金属的复合材料。

按照本发明制造自撑式材料的方法是在有硼源的情况下（下文中有定义）利用母体金属渗透和反应过程（即反应渗透）来进行的渗入母体金属的层状或块状材料完全由硼源组成，制成的有代表性的复合材料是由母体金属硼化物和金属组成。另一方面，为了用反应渗透法生产由嵌入填料中的金属基体和母体金属硼化物组成的复合材料，待渗入的块状物可含有一种或多种掺有硼源的惰性填料。要生产含有不同体积百分数的陶瓷，金属和/或各种孔隙度的材料可改变或控制反应物的浓度和工艺条件。