[其他]通过碳热还原制成的陶瓷用金属碳化物和氮化物粉末及其制造工艺

说明书

本发明涉及特别是可用于制造陶瓷的金属氮化物和碳化物粉末，所述粉末是用常规的称为金属氧化物碳热还原法取得的。本发明也涉及这样的粉末的制造工艺。

已知陶瓷用碳化物和氮化物的制造方法有许多种。除了诸如采用激光或等离子体诱导反应等试验室方法之外，文献大致上叙述了三种选取途径，特别是氮化硅和碳化硅，即从卤硅烷和甲烷或氨起始的气相反应;从硅和碳或氮起始的直接碳化或氮化以及从二氧化硅和碳起始，在有中性的或含氮气氛存在下的碳热反应（F.K.Van    Dijen，R.Metselaar和C.A.M.Siskens，Spechsaal，117卷，7期，1984，627-9页）。不同于上面提到的激光或等离子体方法，该方法能得出高比表面积，也就是说能达到或超过100或150平方米/克的碳化物或氮化物（参见，例如，Y.Kizaki，T.Kandori和Y.Fujitani，Japanese    Journal    of    Applied    Physics，24卷，7期，1985，7月，800-805页或Y.Suyama，Robert    M.Marra，JohnS.Haggerty和H.Kent    Bowen，Am.Ceram.Soc.Bull.64卷，10期，1356-59页，1985），碳热还原法导致低比表面积的粉末，即小于20平方米/克（参见，例如F.K.Van    Dijen等，OP.Cit.，628页给出10-15平方米/克作为最大值，在最佳化的反应中可以达到;还参见David    L.Segal，Chemistry    &    Industry，8月19，1985，544-545页，他给出的数值为5平方米/克;Shi    Chang    Zhang和W.Roger    Cannon，Journal    ofAmericanCeramic    Society，67卷，10期，691-5页，他们示出10.3平方米/克）。

本发明提供采用碳热还原法和在适宜场合下采用氮化所制成的新型的碳化物和氮化物粉末，这些粉末的特点是比表面积大。

本发明也涉及制造这种粉末的工艺和用于该工艺的特定方法。

本发明的另一主题是由本发明的粉末所制得的陶瓷。

这些新型粉末由金属碳化物和氮化物组成，其特征在于它们具有至少30平方米/克的比表面积。

本发明最特别的是涉及这种粉末，它以平均粒度小于5微米的聚集物形式存在并由平均粒度为10到50毫微米的原粒子所组成。

本发明特别涉及有至少30%的粉末具有晶体结构的粉末。本发明还涉及比表面积介于40和250平方米/克间的粉末。

如本发明所指定，比表面积是用B.E.T.法测定的：该法按照Brunauer，Emmett和Teller，J.A.C.S.，60卷，309页，1938。

同样，晶体结构用与C.P.Gazzara和D.R.Messier在Bull.Am.Ceram.Soc.，56卷，777-80页，1977所叙述的方法相一致的X-射线衍射法来确定。

本发明最特别的是涉及硅、铝、钛、锆、铪和硼等金属的粉末状金属碳化物和氮化物。

本发明的另一主题是制备上述粉末的工艺，更确切地说是制造具有高的和可控制的比表面积的粉末的工艺，所述工艺包括下述步骤：

a）用金属氧化物或多种金属氧化物、在碳热还原反应条件下能产生碳的粘结剂和在适宜场合下用的碳来制造具有可控微孔体积的小颗粒;

b）在a过程中所得到的小颗粒的碳热还原反应，如果适宜的话在含氮气氛存在下进行;

c）脱碳;

d）粉末的生产。

步骤a在于形成具有可控微孔体积的小颗粒。在此工序中，采用一种或多种金属氧化物和能提供碳并作为粘结剂的一种或多种化合物或元素。

金属氧化物尤其可以选用SiO₂，Al₂O₃，TiO₂，ZrO₂，HfO₂和B₂O₃。

通常，金属氧化物的粒度在10微米以下，更确切地说在0.1到5微米的数量级。

按照本发明的工艺可以采用：或者碳和粘结剂并用;或者用能提供反应所需碳的粘结剂。

当碳和粘结剂都用时，碳可以选自不同种类的碳，主要是植物炭，热解炭黑，乙炔碳，焦炭、灯黑和石墨。一般，碳的粒度在10微米以下，更确切地说在0.1到5微米数量级。