[发明专利]自支承陶瓷体的制备方法

说明书

本发明涉及制备自支承陶瓷体的新方法。更具体地说，本发明涉及通过使熔融母体金属反应性渗透含有氮化硼与视具体情况存在的一种或多种惰性填料的床层或块料从而制备含有一种或多种含硼化合物例如硼化物或硼化物与氮化物的自支承体的方法。

近年来，陶瓷代替金属在建筑上的应用已愈来愈引起人们的关注。原因是，与金属相比，陶瓷在某些性能方面如耐腐蚀性，硬度，耐磨性，弹性模数和耐火性能具有相对优越性。

但是，陶瓷应用于上述目的时的一个主要问题是制造所需陶瓷结构的可行性及其造价。例如，利用热压法，反应烧结法和反应热压法制造陶瓷硼化物体是熟知的方法。在热压法中，所需硼化物的细粉颗粒在高温高压下被压实。反应热压法包括例如在高温高压下，将硼或金属硼化物与适当的含金属粉压在一起。Clouherty的美国专利3，937，619叙述了将粉状金属与粉状二硼化物的混合物热压制备硼化物体的方法。Brun的美国专利4，512，946叙述了将陶瓷粉末与硼和金属氢化物一起热压制备硼化物复合体的方法。

但是，这些热压法需要特殊的操作过程和昂贵的特殊设备，对所制造的陶瓷部件的尺寸和形状有限制，而且一般都生产率低造价高。

另外，陶瓷用于建筑上的第二个主要问题是陶瓷通常缺乏韧性（即损坏容限或抗断裂性）。在应用时，缺乏韧性往往容易在中度拉应力情况下引起陶瓷突然的灾难性断裂。这种缺乏韧性在整块陶瓷硼化物中是特别常见的。

解决上述问题的一个方法是使用与金属化合的陶瓷，例如金属陶瓷或金属基复合体。该方法的目的是要获得陶瓷最佳性能（如硬度和/或刚性）和金属最佳性能）（如延展性）的综合平衡。Fresnel等人的美国专利4，585，618叙述了制造金属陶瓷的方法，其中颗粒反应物的混合物与熔融金属接触并反应，从而制备烧结的自-支承陶瓷体。熔融金属至少渗透一部分所得陶瓷体。这种反应混合物的例子有含钛、铝和氧化硼（均为颗粒状）的反应混合物，这种混合物在与熔融铝池接触时被加热。反应混合物发生反应生成二硼化钛和氧化铝陶瓷相，陶瓷相被熔融铝渗透。因此，在该方法中，反应混合物中的铝主要是作为还原剂。此外，熔融铝外池不作为硼化物形成反应的前体金属源，而作为一种填充所得陶瓷结构的孔隙的手段。从而获得可湿润和抗熔融铝的金属陶瓷。在制造铝电池中，这些金属陶瓷特别适于作为与产生的熔融铝接触但最好与熔融的冰晶石不接触的成分。但该方法没有采用碳化硼。

Reeve等人的欧洲专利申请0，113，249公开了一种制造金属陶瓷的方法：首先在熔融金属相央原处形成陶瓷相分散颗粒，然后维持这种熔融条件足够长时间以形成交互陶瓷网络。通过钛盐与硼盐在熔融金属如熔融铝中反应来说明陶瓷相的形成。陶瓷硼化物在原处生成并成为交互网络结构。然而没有发生渗透，而且在熔融金属中生成沉淀物硼化物。该申请书的两个实施例都说明没有生成颗粒Tial₃AlB₂或AlB₁₂但生成颗粒TiB₂，这表明，铝不是硼化物的金属前体。在该方法中，也没有提出使用碳化硼作为前体材料。

Gazza等人的美国专利3，864，154号披露了一种利用渗透制备的陶瓷金属体系。AlB₁₂密实体在真空下被熔融铝渗透，得到含有这些成分的体系。所制备的其他材料包括SiB₆-Al;B₄C-Al/Si和AlB₁₂-B-Al。没有提出任何一种反应，没有提出利用渗透金属制造复合体，也没有提出嵌入惰性填料的反应产物或作为复合体部分的反应产物。

Halverson等人的美国专利4，605，440披露：为了获得B₄C-Al复合体，将B₄C-Al密实体（通过冷压B₄C和Al粉末的均匀混合物而得）在真空中或在氩气氛中烧结。没有提及反应产物嵌入惰性填料以获得具有填料优越性能的复合体。

尽管制造金属陶瓷材料这些概念在某些场合已产生有希望的结果，但是通常仍需要更有效和更经济的方法制备含硼化物材料。

Danny    R.White，Michael    K.Aghajanian和T.Dennis    Claar在1987年7月15日申请的共同未决美国专利申请073，533（题为“自支承体的制备方法及其所制备的产品”）叙述了与生产含硼化物材料有关的许多上述问题。