具有分區(qū)特性的自支承陶瓷體的制備方法

專(zhuān)利名稱(chēng):具有分區(qū)特性的自支承陶瓷體的制備方法
本發(fā)明涉及一種以氣相氧化劑氧化熔融母體金屬生產(chǎn)陶瓷體的方法，所說(shuō)的陶瓷體具有多個(gè)區(qū)域，這些區(qū)域在一個(gè)或多個(gè)特性上互不相同。本發(fā)明也涉及到由此生產(chǎn)的陶瓷制品。
近年來(lái)，人們對(duì)用陶瓷代替金屬的興趣不斷增長(zhǎng)，因?yàn)閺哪承┨匦钥紤]，陶瓷優(yōu)于金屬。但是在完成該替代中遇到了幾個(gè)公知的限制或者困難，例如尺寸比例變化(收縮)，制作復(fù)雜形狀的能力，滿(mǎn)足應(yīng)用所需特性，以及成本等等。許多這些限制或困難已經(jīng)被某些專(zhuān)利所披露的發(fā)明克服了，這些專(zhuān)利申請(qǐng)已轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)相同的受讓人，在下文中還將對(duì)這些專(zhuān)利進(jìn)行討論，它們提供一種可靠地制備陶瓷材料，包括成形組合物的新的方法。
下列共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)描述了制備自支承陶瓷體的新方法，該方法是以母體的氧化形成一種氧化反應(yīng)產(chǎn)物和任意金屬組份的多晶材料(A)1986.1.15提交的順序號(hào)為818，943，是1985.9.17提交的順序號(hào)776，964的部分繼續(xù)申請(qǐng)，1985年2月26日提交的順序號(hào)705，787的部分繼續(xù)申請(qǐng)，1984年3月16日提交的美國(guó)申請(qǐng)順序號(hào)591，392的部分繼續(xù)申請(qǐng)，所有上述申請(qǐng)都以Marc S.Newkirk等的名義、標(biāo)題為“新陶瓷材料及其制造方法”;
(B)1986年1月27日提交的順序號(hào)為822，999是1985年9月17日提交的順序號(hào)776，965的部分繼續(xù)申請(qǐng)，1985年6月25日提交的順序號(hào)747，788的部分繼續(xù)申請(qǐng)，1984年7月20日提交的順序號(hào)632，636的部分繼續(xù)申請(qǐng)，所有以上申請(qǐng)都以Marc S.Newkirk等的名義而名稱(chēng)為“生產(chǎn)自支承陶瓷材料的方法”;
(C)1986年9月17日提交的順序號(hào)為819，397是1985年2月4日提交的順序號(hào)697，876的部分繼續(xù)申請(qǐng)，兩件申請(qǐng)都是以Marc S.Newkirk等人的名義而名稱(chēng)為“復(fù)合陶瓷制品及其制造方法”;以及(D)1986年9月17日提交的順序號(hào)為908，453，以Robert L.Kantner等人的名義，標(biāo)題為“生產(chǎn)具有精細(xì)化微觀結(jié)構(gòu)的自支承陶瓷體的方法”。
上述各項(xiàng)共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)的完整公開(kāi)都被引入本文以做參考。
正如共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)所闡明的，人們可以通過(guò)一種方法生產(chǎn)新多晶陶瓷材料或多晶陶瓷復(fù)合材料，這種方法是在一種母體金屬和一種氣相氧化劑之間，即一種氣化的或標(biāo)準(zhǔn)的氣體原料(做為氧化氣氛)發(fā)生氧化反應(yīng)的方法。這類(lèi)方法公開(kāi)在上述共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)“A”中。按照這種工藝，一種母體金屬，例如鋁，被加熱到其熔點(diǎn)以上但又低于其氧化反應(yīng)產(chǎn)物熔點(diǎn)的高溫，形成一種熔融母體金屬體，通過(guò)和一種氣相氧化劑接觸反應(yīng)生成氧化反應(yīng)產(chǎn)物。在該溫度下，氧化反應(yīng)產(chǎn)物，或至少其中的一部分，接觸并延伸到熔融母體金屬和氧化劑之間，而熔融金屬穿過(guò)已形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物向氧化劑方向移動(dòng)或遷移。被遷移出的熔融金屬與氧化劑接觸(在先形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物表面上)形成另外的氧化反應(yīng)產(chǎn)物。繼續(xù)這個(gè)過(guò)程，又有另外的金屬穿過(guò)已形成的多晶氧化反應(yīng)產(chǎn)物遷移出來(lái)，從而不斷地“生長(zhǎng)”一種內(nèi)聯(lián)微晶陶瓷結(jié)構(gòu)。生成的陶瓷體可以含有金屬組份，例如未氧化的母體金屬組份，和/或空隙。當(dāng)以氧化物作為氧化反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，氧氣或含有氧氣的混合氣體(包括空氣)是適宜的氧化劑，若從顯著的經(jīng)濟(jì)因素考慮一般優(yōu)選的是空氣。然而從廣義上說(shuō)，在所有共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)及其本申請(qǐng)中都用了氧化，就是所謂金屬對(duì)氧化劑失去電子或分配電子，氧化劑可以是一種或多種元素和/或化合物。所以，除了氧以外其它元素或者化合物也可以作氧化劑，下文將對(duì)此進(jìn)行十分詳細(xì)的解釋。
在某些情況下，母體金屬可能需要一種或多種摻雜劑存在，以便有利于影響或幫助氧化反應(yīng)產(chǎn)物的生長(zhǎng)。摻雜劑以母體金屬的合金組份的形式提供。例如，當(dāng)鋁做為母體金屬，空氣做為氧化劑時(shí)，摻雜劑如鎂和硅(指出的僅是大量摻雜劑材料中的二種)與鋁合金化后用作母體金屬。所得的氧化反應(yīng)產(chǎn)物包括氧化鋁，典型的為α-氧化鋁。
一種進(jìn)一步的技術(shù)發(fā)展在上述共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)“B”中公開(kāi)。該發(fā)展基于某種發(fā)現(xiàn)，就是在上述相應(yīng)的生長(zhǎng)條件下，母體金屬需要的摻雜劑可以采用將一種或多種摻雜材料分散在母體金屬的一個(gè)或多個(gè)表面上來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣做就避免了母體金屬與摻雜材料合金化的必要性，其中的摻雜材料如金屬，比如鎂、鋅、硅，對(duì)應(yīng)的條件是鋁做母體金屬，空氣為氧化劑。采用這一改進(jìn)才有可能使用可在市場(chǎng)上買(mǎi)得到的金屬和合金，否則它們就將不含或不恰當(dāng)?shù)睾瑩诫s組份。這一發(fā)現(xiàn)在陶瓷生長(zhǎng)方面也十分有利，它可以使陶瓷生長(zhǎng)在母體金屬表面的一個(gè)或多個(gè)有選擇的區(qū)域內(nèi)而不是不加選擇地進(jìn)行，從而更有效地應(yīng)用該方法，例如僅在一個(gè)表面進(jìn)行摻雜，或者僅在母體金屬表面的某些位置進(jìn)行摻雜。
新型陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制造方法已在上述共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)“C”中公開(kāi)并要求保護(hù)，“C”中利用氧化反應(yīng)生產(chǎn)陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一種以多晶陶瓷基質(zhì)滲入的大體上惰性的填料。把母體金屬靠近可滲性填料放置，加熱使其形成熔融母體金屬，并和氣相氧化劑反應(yīng)，如上所述，生成一種氧化反應(yīng)產(chǎn)物。由于氧化反應(yīng)產(chǎn)物生長(zhǎng)并滲入附近的填料中，所述以穿過(guò)已形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物遷移出來(lái)的熔融母體金屬進(jìn)入填料并與氧化劑反應(yīng)，如上所述，在先生成的產(chǎn)物的表面上形成另外的氧化反應(yīng)產(chǎn)物。氧化反應(yīng)產(chǎn)物的合成生長(zhǎng)使其滲入或嵌入填料并最終形成嵌有填料的多晶陶瓷基質(zhì)的一種陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)。正如共同擁有的專(zhuān)利申請(qǐng)“D”所揭示，一種工藝改性劑可以與母體金屬結(jié)合使用，以便所得產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)比起未經(jīng)改進(jìn)工藝所得產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)更精細(xì)。這種精細(xì)作用可能改善特性，如斷裂韌性。
按上述共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)描述的氧化反應(yīng)產(chǎn)物的生成，要想不費(fèi)力地生長(zhǎng)到所需厚度，迄今為止認(rèn)為是十分困難的，但是用傳統(tǒng)六的陶瓷工藝技術(shù)完成也并非不可能。本發(fā)明對(duì)“生長(zhǎng)”陶瓷體的方法進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)，該陶瓷體包括多個(gè)緊密鄰近的區(qū)域，它們之間在一個(gè)或多個(gè)特性上互不相同，例如組成或可測(cè)性能，從而緩解了后續(xù)工藝完成一個(gè)內(nèi)聚不均勻陶瓷體的需要。
本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)自支承陶瓷結(jié)構(gòu)的方法，該陶瓷結(jié)構(gòu)包括多個(gè)區(qū)域，它們間的一個(gè)或多個(gè)特性互不相同，各區(qū)域都含有金屬母體的氧化反應(yīng)產(chǎn)物，氣相氧化劑，和任意未被氧化的金屬組份。在陶瓷結(jié)構(gòu)形成過(guò)程中，改變一個(gè)或多個(gè)工藝條件，以致使改變工藝條件后所形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)域在一個(gè)或多個(gè)特性上不同于改變之前形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物的至少一個(gè)區(qū)域。最終產(chǎn)物包括一種具有多個(gè)區(qū)域之內(nèi)聚力的陶瓷結(jié)構(gòu)，而每個(gè)區(qū)域之特性各不相同。總之，按照本發(fā)明，一種母體金屬在有氣相氧化劑存在的條件下被加熱到其熔點(diǎn)以上，而低于氧化反應(yīng)產(chǎn)物的熔點(diǎn)的高溫，形成熔融金屬體。在該溫度，或該溫度范圍，熔融母體金屬與氣體氧化劑反應(yīng)生成氧化反應(yīng)產(chǎn)物，這種產(chǎn)物至少部分與熔融金屬體接觸，并延伸在熔融金屬體與氣相氧化劑之間。在該溫度下，熔融金屬連續(xù)地遷移并且穿過(guò)先形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物，并進(jìn)入在先形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物與氣相氧化劑之間的界面上，和氣相氧化劑相接觸，從而形成逐漸增厚的氧化反應(yīng)產(chǎn)物層。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在此遞增過(guò)程中，改變一個(gè)或多個(gè)工藝條件，將使改變之后形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物在一個(gè)或多個(gè)特性上不同于先前或改變之前形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物。另外，雖然工藝條件改變?cè)斐闪搜趸磻?yīng)產(chǎn)物在一個(gè)或多個(gè)特性上的不連續(xù)，然而陶瓷的結(jié)構(gòu)仍保持內(nèi)聚。最終陶瓷結(jié)構(gòu)包括一種或多種氧化反應(yīng)產(chǎn)物，以及任意的未氧化金屬組份。
一個(gè)或多個(gè)工藝條件的改變可以包括(1)提供第二氣相氧化劑并用第二氣相氧化劑取代原來(lái)的氣相氧化劑，(2)提供一種工藝改性劑并使其和被遷移的熔融母體金屬相結(jié)合，或(3)提高或降低反應(yīng)溫度，或者(1)、(2)或(3)相結(jié)合。如此獲得的最終陶瓷結(jié)構(gòu)至少具有兩個(gè)氧化反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)域，兩區(qū)域在一個(gè)或多個(gè)特性上互不相同。并且分別由工藝改變前后所發(fā)生的相應(yīng)的氧化反應(yīng)工藝造成的。按照本發(fā)明，多個(gè)氧化反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)域間所不同的一個(gè)或多個(gè)特性可以在組份或可測(cè)性能方面有區(qū)別。
按照本發(fā)明母體金屬可以被摻雜(下文將做更詳細(xì)的解釋)，同時(shí)又是氧化反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)物母體，母體金屬被制成錠，金屬坯，棒，板或類(lèi)似物;將其放入一種惰性墊料(埋粉)裝置、坩鍋或其它耐火容器。
在有氣相氧化劑存在的條件下，加熱該裝置使溫度高于母體金屬熔點(diǎn)，而低于氧化反應(yīng)產(chǎn)物熔點(diǎn)，形成熔融母體金屬體。在該溫度下，熔融母體金屬與氣相氧化劑反應(yīng)形成一層氧化反應(yīng)產(chǎn)物。然而在有些情況下使用某些摻雜劑，例如鎂作為鋁-硅母體金屬的摻雜劑而空氣用作氧化劑的時(shí)候，尖晶石薄層，例如鋁鎂尖晶石將先于氧化反應(yīng)產(chǎn)物形成，它們基本上構(gòu)成整個(gè)初始層。
在該溫度，或該溫度范圍，熔融金屬被遷移入并穿過(guò)氧化反應(yīng)產(chǎn)物(正如共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)所描述的)朝向氣相氧化劑。熔融母體金屬與氣相氧化劑在已形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物和氣相氧化劑之間的界面上進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)，從而形成氧化反應(yīng)產(chǎn)物的逐漸增厚層。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在此遞增過(guò)程中，可以改變或變更一個(gè)或多個(gè)工藝條件，以便改變之后形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物在一個(gè)或多個(gè)特性上不同于改變之前形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物。一個(gè)或多個(gè)特性的不同可以體現(xiàn)在組成上如氮化物對(duì)氧化物比例，也可以體現(xiàn)在可測(cè)性能上，如硬度或斷裂韌性，或是微觀結(jié)構(gòu)的金相特征方面。按本工藝方法用一次或一系列次，就可以改變一個(gè)或多個(gè)特性。所得的內(nèi)聚陶瓷結(jié)構(gòu)至少包括兩個(gè)區(qū)域，而各區(qū)域又都含有母體金屬的氧化反應(yīng)產(chǎn)物和氣相氧化劑。
工藝條件的改變是通過(guò)幾種方法中的任意一種，或者結(jié)合其幾種就可以實(shí)現(xiàn)。工藝改變包括(1)提供第二氣相氧化劑并用第二氣相氧化劑取代原來(lái)的氣相氧化劑，(2)提供一種或多種工藝改性劑并使其與母體金屬結(jié)合產(chǎn)生精細(xì)化微觀結(jié)構(gòu)，或(3)提高或降低反應(yīng)溫度，或者(1)、(2)或(3)之結(jié)合。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體化實(shí)例，這種改變是通過(guò)采用第二氣相氧化劑源完成的。首先讓熔融母體金屬和初始?xì)庀嘌趸瘎╅g的氧化反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行一定時(shí)間，使其能夠發(fā)展成一個(gè)含有母體金屬的氧化反應(yīng)產(chǎn)物和初始?xì)庀嘌趸瘎┘捌湮囱趸慕饘俳M份的薄層或區(qū)域。該薄層或區(qū)域然后用第二氣相氧化劑取代初始?xì)庀嘌趸瘎傻诙庀嘌趸瘎?duì)熔融母體金屬繼續(xù)進(jìn)行氧化。該反應(yīng)持續(xù)一定時(shí)間，使其發(fā)展成一個(gè)所需厚度的熔融母體金屬和第二氣相氧化劑的氧化反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)域。于是陶瓷體由內(nèi)聚結(jié)合的相應(yīng)的氧化反應(yīng)產(chǎn)物構(gòu)成。例如，鋁母體金屬首先可以和空氣反應(yīng)生成氧化鋁。隨后以提供氮?dú)飧淖児に?，形成氮化鋁。該工藝條件也可以顛倒。所制的陶瓷體包括一個(gè)內(nèi)聚的整體(獨(dú)石)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體化例子，改變包括一種工藝改性劑(正如共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)“D”所公開(kāi)的)與母體金屬的結(jié)合。當(dāng)選用鋁母體金屬、空氣做氧化劑時(shí)，合適的改性劑包括鎳、鐵、鈷、鋯、鈦、鈮、銅和鉻。改性劑最好為粉末或顆粒狀，并分散布滿(mǎn)一個(gè)或多個(gè)母體金屬或生長(zhǎng)陶瓷體表面上，或與它們相接觸。首先將未改性的氧化反應(yīng)持續(xù)一定時(shí)間，使其發(fā)展成一個(gè)薄層或區(qū)域，該薄層或區(qū)域包括所需厚度的未改性的氧化反應(yīng)產(chǎn)物。然后將適量的工藝改性劑與母體金屬結(jié)合，變更此后的氧化反應(yīng)工藝，使產(chǎn)生的陶瓷微觀結(jié)構(gòu)比結(jié)合以前所形成的更為精細(xì)。該改性工藝持續(xù)一定時(shí)間，使其發(fā)展成一個(gè)所需厚度的精細(xì)化氧化反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)域。因此該陶瓷體由不同的微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)聚結(jié)合構(gòu)成。
應(yīng)該知道，按照本發(fā)明，對(duì)某些情況由所選用的具體改變方式引起的實(shí)際改變的工藝條件可能會(huì)降低或退化初始區(qū)域或一個(gè)或多個(gè)在先的氧化反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)域。例如，某些氧化條件會(huì)實(shí)質(zhì)性惡化某些氧化反應(yīng)產(chǎn)物。因此，我們必須仔細(xì)確保產(chǎn)生的氧化反應(yīng)條件，和一個(gè)或多個(gè)具體改變之前形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)域相適應(yīng)。另外，由于本發(fā)明的氧化反應(yīng)需要在高溫下進(jìn)行，就應(yīng)該仔細(xì)設(shè)計(jì)一個(gè)具體系統(tǒng)以適應(yīng)或提供并列的或相鄰的氧化反應(yīng)產(chǎn)物分立區(qū)域間熱膨脹系數(shù)之差異。區(qū)域之間熱膨脹系數(shù)差異過(guò)大會(huì)造成一個(gè)區(qū)域開(kāi)裂。然而某些相鄰區(qū)域的熱膨脹失配能夠給陶瓷體提供一個(gè)內(nèi)應(yīng)力，這正象把一個(gè)氧化反應(yīng)產(chǎn)物內(nèi)部區(qū)域置于在其周?chē)纬傻木哂休^大熱膨脹系數(shù)的氧化反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)域的壓力下。這種預(yù)應(yīng)力在某些使用過(guò)程中將會(huì)改進(jìn)最終產(chǎn)品的性能。
正如共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)所述，將摻雜物料與母體金屬結(jié)合使用，明顯影響氧化反應(yīng)工藝，尤其是對(duì)于使用鋁做母體金屬的系統(tǒng)。因此除了改性劑以外，在某些情況還需要使用摻雜物料。摻雜劑或多種摻雜劑(被用于結(jié)合或締合母體金屬)(1)可以通過(guò)母體金屬的合金化組份的形式提供，(2)可以被施用在至少一部分母體金屬表面上，或(3)可以用于或滲入部分或全部填料或預(yù)成形料，或是將(1)、(2)或(3)中的二種或二種以上技術(shù)進(jìn)行任意結(jié)合后應(yīng)用。例如，一個(gè)已被合金化的摻雜劑既可以單獨(dú)使用，也可以與第二種外施的摻雜劑結(jié)合共同使用。在技術(shù)(3)的情況下，其它附加的一種或多種摻雜劑可以施用于填料，這項(xiàng)應(yīng)用可以采用任何適宜的辦法完成，正如共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)所解釋的。
實(shí)際摻雜物料的一種或多種功能取決于許多因素。這些因素包括，如，當(dāng)使用二種或二種以上摻雜劑時(shí)，摻雜劑的實(shí)際結(jié)合，與母體金屬合金化的摻雜劑結(jié)合的外施摻雜劑的使用，所用摻雜劑的濃度，氧化環(huán)境，工藝條件，以及如上上述，在場(chǎng)的改性金屬的均勻一致性和濃度。
用于鋁母體金屬的摻雜劑，尤其是以空氣作氧化劑時(shí)摻雜劑包括鎂、鋅和硅，可以單獨(dú)使用，也可以根據(jù)如下所述與其它摻雜劑結(jié)合使用。這些金屬或其合適的金屬源(金屬化合物)可以被合金化以形成鋁基母體金屬，而各摻雜組份濃度按最終摻雜后金屬總重量計(jì)約為0.1～10%。這些摻雜物料或其適當(dāng)?shù)膩?lái)源物(例如Mg O、Zn O、或Si O2)也可外用于母體金屬。這樣我們就可以用空氣做氧化劑，Mg O做摻雜劑，將鋁-硅母體金屬轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸X陶瓷結(jié)構(gòu)，摻雜量對(duì)于每克被氧化的母體金屬而言，大于約0.0008克，而對(duì)于每平方厘米施有Mg O的母體金屬而言大于0.003克。然而根據(jù)上述討論，所需的摻雜劑的濃度將取決于均勻一致性，存在狀況，以及改性金屬的濃度。
用于鋁母體金屬摻雜物料的其它例子包括鈉、鍺、錫、鉛、鋰、鈣、硼、磷和釔，可以單個(gè)使用，或也可以與一種或多種摻雜劑結(jié)合使用，這將取決于氧化劑、改性金屬的均勻一致性和數(shù)量及其工藝條件。稀土元素如鈰、鑭、鐠、釹和釤也是有用的摻雜劑，尤其是與其它摻雜劑結(jié)合使用時(shí)。正如共同擁有專(zhuān)利申請(qǐng)所解釋?zhuān)袚诫s物料都能對(duì)鋁基母體金屬系統(tǒng)起促進(jìn)多晶氧化反應(yīng)生長(zhǎng)作用。
實(shí)施例1按照本發(fā)明在陶瓷結(jié)構(gòu)形成過(guò)程中改變氣相氧化劑組份的工藝方法，制備一個(gè)包括一個(gè)氧化鋁區(qū)域和一個(gè)氮化鋁區(qū)域的內(nèi)聚陶瓷體結(jié)構(gòu)。
將表A所示的一只直徑1英寸，高1/2英寸的圓筒形鋁合金(Belmont Metals，Inc.生產(chǎn))鑄塊埋入氧化鋁粉墊中再放入耐火坩鍋，以便使鑄塊的一個(gè)圓截面暴露于空氣，并使該面與墊粉齊高。將該裝置放入具有控制氣氛功能的感應(yīng)電爐中。在流動(dòng)氧氣(400cc/分鐘)中對(duì)鑄塊進(jìn)行加熱，使其表面溫度達(dá)到1000℃(光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量)并保持1小時(shí)。在上述條件下，以氧氣進(jìn)行7小時(shí)氧化。然后將所提供的氣氛轉(zhuǎn)變?yōu)榘?6%的氮?dú)夂?%的氫氣的氮?dú)浠旌蠚?，繼續(xù)氧化5小時(shí)。將所生成的陶瓷體取出，其切割的橫截面顯示出包括相鄰區(qū)域的內(nèi)聚結(jié)構(gòu)。對(duì)分開(kāi)的區(qū)域的X-射線(xiàn)分析證實(shí)第一區(qū)域?yàn)檠趸X、另外的區(qū)域?yàn)榈X。圖1是一張放大200倍的顯微照片，表示氧化鋁區(qū)域2和氮化鋁區(qū)域4在物理微觀結(jié)構(gòu)上的不連續(xù)性。
表A鋁母體金屬合金組成3.7% 鋅3.9% 銅1.1% 鐵8.3% 硅0.19% 鎂0.04% 鎳0.02% 錫0.04% 鉻0.20% 錳0.08% 鈦其余 鋁
權(quán)利要求
1.一種以母體金屬氧化生產(chǎn)自支承陶瓷體的方法，所說(shuō)的陶瓷體具有分區(qū)微觀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于具有多個(gè)區(qū)域，區(qū)域之間在至少某一組成和一個(gè)或多個(gè)其它特性上互不相同，該方法包括以下步驟(a)在一種氣相氧化劑存在條件下加熱所說(shuō)的母體金屬形成熔融金屬體，并在適當(dāng)?shù)臏囟认率顾f(shuō)的熔融金屬與所說(shuō)的氧化劑發(fā)生反應(yīng)，以形成一種氧化反應(yīng)產(chǎn)物，該產(chǎn)物在所說(shuō)的熔融金屬體和所說(shuō)的氣相氧化劑之間接觸延伸，(b)在所說(shuō)的溫度下，遷移所說(shuō)的熔融金屬使其穿過(guò)所說(shuō)的氧化反應(yīng)產(chǎn)物趨向所說(shuō)的氣相氧化劑，以便在所說(shuō)的氣相氧化劑和在先形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物之間的界面上連續(xù)形成氧化反應(yīng)產(chǎn)物，以此生成厚度遞增的所說(shuō)的氧化反應(yīng)產(chǎn)物體，以及(c)持續(xù)所說(shuō)的反應(yīng)一定時(shí)間，以便足以制造所說(shuō)的陶瓷體，然后將所說(shuō)的陶瓷體取出，其改進(jìn)包括(A)在所說(shuō)的陶瓷體形成過(guò)程中改變工藝條件，使得所說(shuō)的改變之后所形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)域至少某一個(gè)組成和一個(gè)或多個(gè)特性區(qū)別于所說(shuō)的改變之前所形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)域。
2.按照權(quán)利要求
1的方法，其中在步驟(a)所說(shuō)的加熱之前，根據(jù)相應(yīng)的所說(shuō)的母體金屬確定一種填料以便氧化反應(yīng)產(chǎn)物能滲入所說(shuō)的填料，以形成一種包括氧化反應(yīng)產(chǎn)物和填料的自支承陶瓷復(fù)合材料。
3.按照權(quán)利要求
1或2的方法，包括提供一個(gè)第二氣相氧化劑源，其中所說(shuō)的改變包括用第二氣相氧化劑取代所說(shuō)的氣相氧化劑并且用所說(shuō)的第二氣相氧化劑與所說(shuō)的母體金屬反應(yīng)，形成一個(gè)包括所說(shuō)的母體金屬的氧化反應(yīng)產(chǎn)物和所說(shuō)的第二氣相氧化劑的區(qū)域。
4.按照權(quán)利要求
1或2的方法，包括提供一種工藝改性劑源，其中所說(shuō)的改變包括將所說(shuō)的改性劑與所說(shuō)的母體金屬結(jié)合并連續(xù)進(jìn)行所說(shuō)的氧化反應(yīng)，以形成一個(gè)包括該母體金屬氧化反應(yīng)產(chǎn)物和所說(shuō)的氣相氧化劑的區(qū)域，該區(qū)域具有比所說(shuō)的改變之前所形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物更精細(xì)化的微觀結(jié)構(gòu)。
5.按照權(quán)利要求
1、2、3或4中任一項(xiàng)的方法，其中所說(shuō)的母體金屬選自鋁、鈦、鋯、鉿、硅和錫。
6.按照權(quán)利要求
1、2、3、4或5的任一項(xiàng)的方法，其中所說(shuō)的氣相氧化劑選自空氣或氮?dú)狻?br>7.按照權(quán)利要求
1或2的方法，其中所說(shuō)的改變包括把所說(shuō)的溫度變?yōu)槠渌m當(dāng)溫度，并在變化后的溫度下繼續(xù)進(jìn)行所說(shuō)的氧化反應(yīng)以形成一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域含有在變化后溫度下形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物。
8.按照權(quán)利要求
1或2的方法，其中所說(shuō)的改變包括下面的(a)，(b)和(c)三個(gè)步驟中的至少兩個(gè)步驟，以形成具有取決于所用步驟的累積特性之區(qū)域，這些步驟包括(a)提供一個(gè)第二氣相氧化劑源并用該第二氣相氧化劑取代所說(shuō)的氣相氧化劑，用第二氣相氧化劑與所說(shuō)的母體金屬反應(yīng)形成所說(shuō)的區(qū)域，該區(qū)域包括所說(shuō)的母體金屬氧化反應(yīng)產(chǎn)物和所說(shuō)的第二氣相氧化劑;(b)提供一個(gè)工藝改性劑源并使所說(shuō)的改性劑與所說(shuō)的母體金屬結(jié)合，持續(xù)進(jìn)行所說(shuō)的氧化反應(yīng)以形成一個(gè)包括所說(shuō)的母體金屬氧化反應(yīng)產(chǎn)物和所說(shuō)的氣相氧化劑的區(qū)域，該區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)比起所說(shuō)的改變之前形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物更精細(xì);和(c)改變所說(shuō)的溫度并在變化后的溫度下持續(xù)進(jìn)行所說(shuō)的反應(yīng)以形成一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域含有在改變的溫度下形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物。
9.按照權(quán)利要求
1或2的方法，包括進(jìn)行二次或多次工藝條件改變以便生成所說(shuō)的多個(gè)區(qū)域。
專(zhuān)利摘要
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種通過(guò)母體金屬氧化制備陶瓷體的方法，該陶瓷體具有分區(qū)微觀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于具有多個(gè)區(qū)域，區(qū)域間一個(gè)或多個(gè)特性互不相同。陶瓷體中的這些區(qū)域是通過(guò)在陶瓷體形成過(guò)程中改變工藝條件獲得的，這樣就使得改變之后形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)域具有一個(gè)或多個(gè)不同于改變以前形成的氧化反應(yīng)產(chǎn)物區(qū)域的特性。
文檔編號(hào)C22C1/10GK87106324SQ87106324
公開(kāi)日1988年5月18日 申請(qǐng)日期1987年9月15日
發(fā)明者克利斯托弗·R·肯尼迪, 安德魯·W·厄克特, 丹尼·R·懷特, 馬克·S·紐克爾克 申請(qǐng)人:蘭克西敦技術(shù)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan