[发明专利]生产陶瓷复合材料体和改进其性能的方法

说明书

一般来说，本发明涉及一种生产陶瓷复合材料体的新方法，比如ZrB₂-ZrC-Zr复合体(以后称为“ZBC”复合体)，更具体地说，本发明涉及的是，比如通过把复合体中孔隙量减至最小来改进陶瓷复合体的复合特性的一种方法。该复合体含有一种或多种含硼化合物(例如一种硼化物或一种硼化物和碳化物)，它是通过把融熔母材反应性地渗入到含有碳化硼和任选的一种或多种惰性填料的床层或物质形成的。应该特别强调的是改进ZBC复合体的特性(即用母材锆基反应性地渗入含有碳化硼的物质中)。然而，据信，这里所述的方法通用于多种不同的母材。

近些年来，人们日益关注在建筑上采用陶瓷来代替历来沿用的金属，使人们感兴趣的原因是与金属相比，在某些特性上，比如耐腐蚀，硬度、耐磨性、弹性模量、耐火性能等陶瓷都具有相对的优势。

然而，为此目的应用陶瓷的主要局限性是生产希望的陶瓷结构的可行性和成本。比如通过热压、反应性烧结和反应性热压制造陶瓷硼化物复合体是公知的。虽然按照上面讨论的方法制造陶瓷硼化物复合体获得某些有限的成功，但仍需要一种更有效更经济的方法制备致密的含有硼化物的材料。

此外，为建筑目的应用陶瓷的第二个主要限制是，一般来说陶瓷表现出缺乏韧性(即耐损性或抗破裂性)。这种韧性的缺乏会使陶瓷在涉及中适度拉应力的应用场合产生突然和灾难性的断裂。在整体陶瓷硼化物复合体中这种韧性的缺乏往往特别常见。

已试图克服上述问题，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体。这种已知方法的目的是要获得该陶瓷的最佳性能(如硬度和/或刚性)与该金属的最佳性能(如延展性)的结合。尽管在生产硼化物复合体中的金属陶瓷领域中取得一些一般性的成功，但仍然需要一种更有效更经济的方法来制备致密的含硼化物的材料。

上面讨论的与含硼化物材料的生产有关的许多问题在共同未决的美国专利申请073,533中有描述(申请人是：Danny R.White，Michael K.Aghajaniau和T.DennisClaar，申请日为1987年7月5日，名称是“制备自撑陶瓷体的方法及其制备的产品”)。专利申请073,533(下面称为533)的主题在此特别授引以供参考。

在533申请中所用的以下定义仍将用于本申请。

“母材”指的是一种金属(比如锆)，它是多晶氧化反应产物，即母材硼化物或其他母材硼化合物的前体，包括一种纯的或比较纯的金属，市售的含杂质和/或合金成分的金属，和其中金属前体是其主要成分的合金；当特定的金属指的是母材(如锆)时，除非上下文另有标明，所称的金属概念上应认为是所定义的金属。

“母材硼化物”和“母材硼化合物”是指碳化硼和母材之间反应形成的含硼的反应产物，包括母材硼与母材的二元化合物以及三元或多元化合物。

“母材碳化物”是指述碳化硼和母材之间反应形成的含碳反应产物。

简单概括533申请所公开的内容：即在有碳化硼的情况下，利用母材渗透和反应方法(即反应性渗透)来生产自撑陶瓷体。具体地说，是用融熔母材渗透碳化硼的床层或物质，该床层可以完全由碳化硼构成，由此得到了一种含一种或多种母材的含硼化合物的自撑体，所述化合物包括网材硼化物或母材碳硼化物或者这两者，典型的被渗透的碳化硼的物质也可含有一种或多种混有碳化硼的惰性填料。因此，通过结合一种惰性填料，便得到了一种具有由母材的反应性渗透生成的基体的复合体，所述的基体包括至少一种含硼化合物，还可包含一种母材碳化物，且该基体嵌入惰性填料中。还应注意，在上述任何一个实施例中(即有填料或无填料)的最终复合体产品都可能含有残留金属作为原母材的至少一种金属成分。