[发明专利]六方的碳化硅片晶和预型件以及制备和使用它们的方法

说明书

本发明涉及用作其它材料的增强材料的碳化硅，更具体地说，本发明涉及可用于这一及其它用途的前所未知的晶面式碳化硅，制造和使用这种新型碳化硅的方法，以及所得到的新型增强产品。

目前在世界范围内正在对利用碳化硅晶须和纤维作增强剂的问题进行不断的探索和研究。现在已知的晶须通常是具有高的长径比的单晶，它是以β相或立方结构的碳化硅为基础的，因此不太适于制作陶瓷组合物，这是由于该组合物所需的加工温度高于1800℃，而β相碳化硅热稳定性有限。

不过对用这样的β相碳化硅作增强材料已做了不少尝试。

现将先有技术的实例讨论如下。

勃伦南（Brennan）等人的美国专利4，410，635公开了用不连续的碳化硅纤维增强的陶瓷组合物，它是由开始为玻璃态的陶瓷基料经组合物的致密化以后使其从玻璃态转变为陶瓷态而形成的。

普列弗（Prewo）等人的美国专利4，399，231公开了用不连续的碳化硅纤维增强的玻璃组合物，其中用一张碳化硅纸将碳化硅纤维以基本上为随机的取向置于平面内。

亥塔（Haffa）等人的美国专利4，387，080;4，467，647;和4，467，042，公开了由有机硅聚合物制造片状β碳化硅的方法，该聚合物含有金属或非金属元素如Si、B、Ti、Fe、Al、Zr、Cr等。将该有机硅聚合物模压成片，再进行防融处理，然后将此薄片在非氧化性气氛如N₂、H₂、NH₃、Ar和CO中加热至高温，热处理在低于1800℃的温度下进行，所得到的产品是片状β碳化硅。不熔的有机硅聚合物片可切成小片状，每片的长度与宽度比其厚度大10-100倍，这些小薄片可以转变成β碳化硅片。或者，在热处理较大薄片以后再切成小片，此外还公开了这些薄片或片状材料在许多组合物材料如橡胶、塑料、金属和混凝土热应力扩散中的用途。一般认为长和宽大于其厚度10-100倍的片状β碳化硅在挤压成型机中能抗断裂，但是，这种β碳化硅不能耐高温。

阿兰（Allen）的美国专利3，661，662公开了制作薄片材料的工艺，其中碳化硅或碳化硼片状粉末浮在液态金属熔池中，这种液态金属对片状粉末不起化学作用，浓集的片状粉末在熔池表面上粘结形成薄片，然后从熔池表面取出。粘结材料是一种有机树脂。

包括六方晶体结构α碳化硅的α碳化硅是已知的，可是这种材料并不特别适宜于用作增强材料，因为在先有技术中，制造高纯度和具有无裂纹结构的碳化硅以用作良好的增强材料是不可能的或至少是不现实的。

用艾奇生（Acheson）电炉合成碳化硅的过程中有时自发的出现个别大的、一般为0.1-3厘米、通常为交互生长的六方晶体，但是一般讲这些晶体体积太大且与在电炉中制备的碳化硅总量相比为数无几，不能用作增强材料。即使单独收集这些晶体并碾成较小尺寸，仍难以成为良好的增强材料，因为经碾碎后得到的材料颗粒中会产生很多细小裂纹并且该粒料的形状和尺寸也不符合要求。

尼盘勃葛（Knippenberg）等人的美国专利3，962，406，公开了一种低效的制造碳化硅晶体的方法，其中将二氧化硅芯嵌入颗粒状碳化硅或形成碳化硅的材料中。将此物质加热至二氧化硅蒸发的温度，即高于1500℃左右，结果形成一种外包碳化硅的空洞。当空洞形成后，继续在高于2500℃的温度下加热，在此条件下空洞壁上形成片形的碳化硅晶体。

另一个公开六方碳化硅晶体制造方法的专利是罗威（Lowe）的美国专利RE26，941，该专利叙述了用作电子整流器和晶体管的大而超纯晶体的制备方法，即用既缓慢又费工的蒸气沉积方法。晶体对角线达0.75英寸，厚度从1到100密耳（25到2540微米）参见第5栏59-61行）。一般来说这些材料太大不能用于大多数增强用途。

美国田纳西洲市克斯威勒美国填质公司即前国际凤凰公司近来宣告α碳化硅颗粒可用作组合物的增强材料。但至今未公开该材料的制造方法。在显微镜下观察这些颗粒，它象是由碾碎的大颗粒形成的，该产品像是各种形状的不同结构的混合物，例如针状物，粉末和碎片，包括一些六方晶体材料，这些颗粒具有许多缺陷，分析表明其纯度很低。

总之，本专业的技术人员都知道有许多途径不同的原料制备α或β型碳化硅。可是对于如何有目的地形成薄的单晶、较稳定的α型碳化硅的六方形片晶却没有报导或示意，对提出的要求如何实施，以及这些片晶将会有什么意想不到的效用也没有报导或示意。

另外，对小的六方晶体结构的多孔碳化硅基料（即底面分隔0.5-20微米）及其用途均未报导或示意。