[发明专利]晶须增强陶瓷及其包覆/热等静压制方法

说明书

特种陶瓷混合物系用烧结陶瓷粉末的方法制造的。人们一直在不断研究各种烧结工艺方法，以在尽可能低的烧结温度下，以尽可能短的烧结时间，生产出接近理论密度的烧结压坯。通常采用两种工艺方法，单向热压制和热等静压制（“hipping”）来充分压实陶瓷混合物。

单向热压制时，粉末是在被加热的例如用高频炉加热的石墨模中压制成压坯。参见美国专利No.4，657，877。该热压制方法有许多缺点：热压制是一种劳动强度大而费时的工艺方法，而且不易形成复杂形状。例如，不易形成其中具有中心孔道的形状。最后，单向热压制过程中所施加的单向压力影响烧结产品的晶粒结构，使之有些各向异性。

热等静压制时，通常将粉末先预压制成坯，然后以某种方式封闭压坯的表面。在高压热气体中加热成形。由于表面抗渗透，气体将压力传递给压坯。热等静压制可在很高压力下进行较短时间，或可在较低压力下进行较长时间。热等静压制的具体方法，因压坯的性质而异。

已经对封闭压坯表面的技术进行过一些研究。例如，有时可以在热等静压制之前，将压坯预烧结，以充分封闭压坯表面。参见美国专利No.3，562，371及4，652，413。有时可以在热等静压制之前，将压坯封装在柔性耐热金属外壳中，该外壳抽成真空并围绕压坯封密。参见下列专利：美国专利No.4，230745（硅金属熔体的致密表面覆层）、美国专利No.4，152，223（热等静压制后未除去的金属封皮）以及美国专利NO.4，108，652（在金属粉末、氯化物盐及碎耐火材料中包埋预烧结压坯并加热形成金属密封覆层）。而另一种封闭压坯表面的方法，是在热等静压制温度下将粘性的玻璃或釉料涂覆于压坯表面。参见下列专利：美国专利No.4，250，610、4，242，294、4，199，339及4，104，782。对于形状复杂的小型压坯，在现有技术中尚没有可供选用的方法。某些粉末简直不能充分烧结到使表面封闭。金属外壳过于昂贵，而使用釉料或玻璃压坯会被有害于压坯性能的元素污染。

含有大量碳化物晶须第二相的陶瓷切削工具近来已有介绍。通常，这些混合物用热压制成形。参见Wei的美国专利No.4，543，345，该专利介绍了氧化铝-碳化硅晶须混合物，并介绍了用热压制法压坯。这类工具含有30-36%（体积比）的碳化物晶须。不可能用简单的预烧结后按热等静压制来压制含有大量碳化物晶须相的混合物，参见Becher及Tiegs的美国专利No.4，657，877。在某些情况下，晶须在预烧结过程中阻碍充分压实和抗渗透表面的形成。

再者，单向热压制晶须增强陶瓷形成性能不完全各向同性的产品。各向异性的性能是由于压制过程中晶须相的取向垂直于加压轴而产生的。

本发明的目的是，提供一种对不能预烧结的陶瓷压坯进行热等静压制的方法，以形成抗渗透表面，而且不需使用金属或玻璃包封。

本发明的优点是，陶瓷制品不需包封在金属或玻璃中，就可通过热等静压制而成形。

本发明的另一优点是，具有大量陶瓷（例如碳化物）晶须第二相的陶瓷切削工具混合物，可用热等静压制成形。

本发明的另一目的是，提供一种碳化物晶须增强的烧制陶瓷产品，该产品含有大量（大于12.5或15体积百分比）晶须填料，但在该烧制陶瓷产品中晶须基本上无规则取向。晶须的无规则取向，可用本说明书中将阐明的晶须取向X射线参数来测量。该参数以在0.66至1.5范围之内为佳，以在0.8和1.25范围之内为最佳。该烧制陶瓷产品的密度大于理论值的95%，而最好大于理论值的97%。

简言之，本发明提供了一种以热等静压制法制造成形陶瓷制品的方法，它包括下列步骤：（a）形成可烧结陶瓷混合物压坯，（b）用汽相沉积在压坯上涂覆一层陶瓷混合物，该混合物在随后的热等静压制步骤之前或之中不陶化，以及（c）在一种气氛中，对涂覆过的压坯加热并进行热等静压制，该气氛在压制温度和压力下，同覆层及/或压坯发生反应，使压坯接近理论密度（即大于理论值的95%）。