[发明专利]一种制造含有填料的自支承陶瓷复合体的方法

说明书

本发明涉及新型复合结构及其制造方法，尤其涉及含有被多晶基体渗入的填料的陶瓷和陶瓷—金属复合结构及用母体金属在可渗透的填料体的孔隙体积中进行就地氧化反应以制造这种结构的方法。

近年来，人们对于用陶瓷制造历史上一直由金属制造的结构的兴趣日益增加。其原因是陶瓷的某些性能如耐腐蚀性、硬度、弹性模量、耐火能力比金属优越。

尤其使人感兴趣的是氮化物基体陶瓷制品，因为人们认为它可能用于高温下需要高强度的场合例如用作汽车发动机部件。在这方面氮化硅是一种特别有用的材料。切削刀具工业可能是氮化硅制品的另一个重要应用领域。

目前在生产更高强度、更可靠、坚韧性更好的陶瓷制品方面所作的努力主要集中在(1)研究改进单块陶瓷的制造方法(2)研究新的材料成分，特别是陶瓷基体复合体。复合结构是这样一种结构，它含有由两种或两种以上不同材料制成的多相材料、实体或制品，这些不同材料是紧密地结合在一起的，以使复合结构具有所要求的性能，例如，可以用将一种材料埋在另一种材料基体中的方法使两种不同材料紧密地结合在一起。陶瓷基体复合结构一般包含陶瓷基体，基体中含有诸如颗粒、纤维、棒等一种或一种以上不同种类的填充材料。

用陶瓷替代金属有一些众所周知的限制或困难，如设计多面性(scaling versatility)，产生复杂形状，同时满足最终使用性能要求的能力及成本。同属本专利申请人的另外几项一起待审批的美国专利申请(以下称作同一所有人的专利申请)克服了这些限制或困难，并提供了能可靠地生产陶瓷材料(包括复合体)的新型方法。这种方法在同一申请人于1986年1月15日提出的818943号申请中公开，该申请则是1985年9月17日提出的776964号申请的部分继续申请，而后者又是1985年2月26日提出的705787号申请的部分继续申请，705787号申请则又是1984年3月16日提出的591392号美国申请的部分继续申请，它们都是以Marc S.NewKirk等人的名义提出申请的，题目都是“新型陶瓷材料及其制造方法”。这些申请公开了作为由母体金属产物发展而来的氧化反应产物的自支承陶瓷体的生产方法。熔融金属与气相氧化剂反应形成氧化反应产物，金属穿过氧化产物移向氧化剂，在附近继续形成陶瓷多晶体，这种陶瓷体有相互连接的金属组分。使用合金掺杂物可以增强这一过程，例如在使铝氧化时用镁和硅掺杂，在空气中进行氧化反应以生成α-氧化铝陶瓷结构。该方法由于将掺杂材料用于产物母体金属表面而得到改进，如1986年1月27日提出的822999号同一所有人专利申请中所描述，该申请是1985年9月17日提出的776965号申请的部分继续申请，后者是1985年6月25日提出的747788号申请的部分继续申请，747788号申请又是1984年7月20日提出的632636号申请的部分继续申请，它们全以Marc S.Newkirk等人的名义提出，题目是“制造自支承陶瓷材料的方法”。

在1986年1月17日提出的819397号同一所有人专利申请中提出利用氧化作用生产陶瓷复合体。该申请是1985年2月4日提出的697876号申请的部分继续申请。两者都以Marc S.Newkirk等人的名义提出，题目是“复合陶瓷制品及其制造方法”。这些申请公开了通过使金属产物母体的氧化反应产物逐渐长入可渗透的填料体中，从而使陶瓷基体渗入填料的生产自支承陶瓷复合体的新型方法。但由此得到的复合体没有确定的或预定的尺寸、形状或构型。

生产有预定尺寸或形状的陶瓷复合体的方法在1986年5月8日提出的861025号同一所有人专利申请中公开。根据该美国专利申请的方法，发展中的氧化反应产物是朝着一个确定的界面方向渗入可渗透的预型件中，并发现，带有隔离件的预型件更容易得到高精度，如同在1986年5月8日提出的861024号同一所有人专利申请中所公开的。该方法是靠金属产物母体的氧化反应产物逐渐向与金属隔开的、用以形成界面或表面的隔离件生长来生产成型的自支承陶瓷体，包括成型的陶瓷复合体。带有空腔的，且空腔内的几何形状与阳模子或正象图案的形状相反的陶瓷复合体在1986年1月27日提出的823542号同一所有人一起待审批的美国专利申请和1986年8月13日提出的896157号美国专利申请中公开。