包括碳化硅的陶瓷本体及其形成方法技术

本发明专利技术公开了形成陶瓷本体的方法，包括形成至少由如下物质制成的混合物：具有第一平均粒度(PS1)的包括碳的第一粉末材料(PM1)、包括碳且不同于所述第一粉末材料的第二粉末材料(PM2)，所述第二粉末材料具有比所述第一平均粒度(PS1)小的第二平均粒度(PS2)以及比所述第一粉末材料的铝含量(AC1)大的铝含量(AC2)，所述方法进一步包括由所述混合物形成生坯、以及烧结所述生坯和形成陶瓷本体，所述陶瓷本体具有拥有不大于所述第一平均粒度(PS1)的约8倍的平均晶粒尺寸的第一类型的晶粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括碳化硅的陶瓷本体及其形成方法
下文涉及陶瓷制品，具体地，涉及包括碳化硅的陶瓷制品。
技术介绍
多种复合材料是可商购得到的，包括某些引入了碳化硅的陶瓷复合材料本体。基于碳化硅的陶瓷材料由于它们的耐火性质和机械性质已被用在许多应用中。在可得到的基于碳化硅的陶瓷的类型之中，基于具体的形成过程，存在多种类型，包括例如，烧结碳化硅、热压碳化硅和重结晶碳化硅。所述多种类型的碳化硅本体各自可具有不同的特征。例如，烧结碳化硅(例如)可为非常致密的材料，但通常是昂贵的且生产起来复杂。另一方面，更加成本有效但相对多孔的碳化硅材料例如氮化物结合碳化硅(通过首字母缩略词例如NBSC和NSIC已知)已在耐火应用中找到实际应用。这样的耐火组分包括在烧制操作期间与保持或支持工件一起利用的炉子或窑具、以及耐火衬里材料。氮化物结合碳化硅倾向于为比较多孔的材料，时常具有在约10-约15体积％范围内的孔隙率。考虑到基于碳化硅的材料的技术发展水平，在本领域中存在对于改善的复合材料的需要。
技术实现思路
根据一个方面，形成陶瓷本体的方法可包括形成具有如下物质的混合物：具有第一平均粒度(PS1)的包括碳的第一粉末材料(PM1)、和包括碳且不同于所述第一粉末材料的第二粉末材料(PM2)，其中所述第二粉末材料可具有比所述第一平均粒度(PS1)小的第二平均粒度(PS2)，且其中所述第二粉末材料可具有比所述第一粉末材料的铝含量(AC1)大的铝含量(AC2)。所述方法还可包括由所述混合物形成生坯以及烧结所述生坯和形成陶瓷本体。所述陶瓷本体可具有拥有不大于所述第一平均粒度(PS1)的约8倍的平均晶粒尺寸的第一类型的晶粒。附图说明通过参考附图，可更好地理解本公开内容，且使其许多特征和优点对本领域技术人员是明晰的。图1是根据一个实施例的陶瓷本体的一部分的光学显微镜图像。图2是根据对比例的陶瓷本体的一部分的光学显微镜图像。不同的附图中相同的标记符号的使用标示类似或相同的项目。具体实施方式提供结合附图的下列描述以帮助理解本文中公开的教导。下列讨论将聚焦于所述教导的具体实施和实施例。提供该焦点以帮助描述所述教导且不应被解释为对所述教导的范围或适用性的限制。如本文中所使用的，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“includes(包括)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”或其任何另外的变型意图覆盖非排他性包含物。例如，包括一系列特征的过程、方法、制品或装置没必要仅局限于那些特征，而是可以包括未明确列出的另外的特征或这种过程、方法、制品或装置所固有的另外的特征。此外，除非相反地明确声明，否则“或”是指包括性的或，而不是指排他性的或。例如，下列中的任意一种满足条件A或B：A是真的(或存在)且B是假的(或不存在)，A是假的(或不存在)且B是真的(或存在)，以及A和B两者都是真的(或存在)。“一个”或“一种”被用于描述本文中所描述的要素和部件。这样做仅仅是为了方便起见并且给出本专利技术范围的大体意义。本说明书应被阅读成包括一个(种)或至少一个(种)并且单数也包括复数，或者反之亦然，除非明显其有另外的意思。除非另外定义，在本文中使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。材料、方法和实例仅是说明性的且不意图为限制性的。到本文中未描述的程度，关于具体的材料和处理行为的许多细节是常规的且可在碳化硅和耐火材料领域内的教科书和另外的来源中找到。下文涉及包括碳的陶瓷本体(包括例如碳化硅陶瓷本体)以及形成这样的制品的方法。本文中描述的陶瓷本体可适于用在多种应用(capacity)中，包括例如装甲应用，更特别地，意图挫败各种基于射弹的威胁的防弹衣和/或汽车装甲系统。形成所述陶瓷制品的方法可通过形成混合物开始。所述混合物可包括粉末组分的组合。根据一个实施例，所述混合物可为干的混合物或湿的混合物。在具体情况中，所述混合物可为包括液体载体的湿的混合物，所述液体载体可为有机材料，更特别地，为水基材料(例如，水或去离子水)。所述混合物可包括适合用于在最终形成的复合材料制品中产生多种结晶相的原材料。例如，可向所述混合物添加包括碳的第一粉末材料(PM1)。所述第一粉末材料可为基于碳的材料，使得其具有多数含量的碳组成，例如碳化物。在一个具体实例中，所述第一粉末材料可包括碳化硅，甚至更特别地，可基本上由碳化硅组成。所述第一粉末材料可具有不大于约10微米的第一平均粒度(PS1)，第一平均粒度(PS1)可通常被指定为D50值。在另外的情况中，所述第一平均粒度可更小，例如不大于约8微米、不大于约6微米、不大于约4微米、不大于约3微米、或甚至不大于约2微米。在还一非限制性实施例中，所述第一粉末材料可具有为至少约0.1微米，例如至少约0.2微米、至少约0.3微米、至少约0.4微米、至少约0.5微米、至少约0.6微米、至少约0.7微米、至少约0.8微米、或甚至至少约0.9微米的第一平均粒度。将理解，所述第一平均粒度可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。所述第一粉末材料还可被选择成具有特定的比表面积以促进所述陶瓷本体的形成。例如，所述第一粉末材料可具有不大于约13m2/g的第一比表面积(SSA1)。在另外的情况中，所述第一比表面积可更小，例如不大于约11m2/g、不大于约10m2/g、不大于约9m2/g、不大于约8m2/g、或甚至不大于约7m2/g。在还一非限制性实施例中，所述第一比表面积可为至少约1m2/g，例如至少约2m2/g、至少约3m2/g、或甚至至少约4m2/g。将理解，所述第一比表面积可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。所述第一粉末材料可为特别纯的，具有非常小的含量的某些物质。例如，所述第一粉末材料可基本上不含金属性硅、氧化物、氮化物、硼化物、及其组合。此外，根据一个实施例，所述第一粉末材料可具有可促进本文中的陶瓷制品的形成的特定的铝含量。在一种情况中，所述第一粉末材料可具有小于约800ppm，例如小于约700ppm、小于约600ppm、小于约500ppm、小于约400ppm的铝含量。还有，在一个非限制性实施例中，所述第一粉末材料可具有为至少约10ppm，例如至少约50ppm、至少约100ppm、或甚至至少约200ppm的铝含量。将理解，所述第一粉末材料的铝含量可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。所述第一粉末材料可具有相当低含量的硼，例如小于约200ppm，例如小于约100ppm、小于约50ppm、或甚至小于约10ppm。另外，在至少一个实施例中，所述第一粉末材料可具有特定的铁含量，包括例如，至少约50ppm、至少约100ppm、或甚至至少约200ppm。还有，所述第一粉末材料内的铁含量可不大于约500ppm，例如不大于约400ppm、不大于约300ppm、或甚至不大于约280ppm。将理解，所述第一粉末材料的铁含量可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。在还一实施例中，所述第一粉末材料可具有特定的钛含量，包括例如，至少约50ppm、至少约80ppm、或甚至至少约100ppm。还有，所述第一粉末材料内的钛含量可不大于约500ppm，例如不大于约400ppm、不大于约300本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成陶瓷本体的方法，所述方法包括：形成包括如下物质的混合物：具有第一平均粒度(PS1)的包括碳的第一粉末材料(PM1)；和包括碳且不同于所述第一粉末材料的第二粉末材料(PM2)，其中所述第二粉末材料具有比所述第一平均粒度(PS1)小的第二平均粒度(PS2)，且其中所述第二粉末材料具有比所述第一粉末材料的铝含量(AC1)大的铝含量(AC2)；由所述混合物形成生坯；和烧结所述生坯和形成陶瓷本体，所述陶瓷本体包括：具有不大于所述第一平均粒度(PS1)的约8倍的平均晶粒尺寸的第一类型的晶粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.15 US 61/6604931.一种形成陶瓷本体的方法，所述方法包括：形成包括如下物质的混合物：具有第一平均粒度PS1的包括碳的第一粉末材料PM1；和包括碳且不同于所述第一粉末材料的第二粉末材料PM2，其中所述第二粉末材料具有第二平均粒度PS2，且其中所述第二粉末材料具有比所述第一粉末材料的铝含量AC1大的铝含量AC2；由所述混合物形成生坯；和烧结所述生坯和形成陶瓷本体，所述陶瓷本体包括：具有不大于所述第一平均粒度PS1的8倍的平均晶粒尺寸的第一类型的晶粒；和具有第二平均晶粒尺寸和细长的结构的第二类型的晶粒，其中所述陶瓷本体包括至少3.0g/cm3的密度和至少100ppm至不大于800ppm的铝含量。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷本体包括不大于34个/mm2且至少4个/mm2的第二类型晶粒浓度。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一粉末材料包括碳化硅。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一粉末材料基本上由碳化硅组成。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一粉末材料具有不大于10微米且为至少0.1微米的第一平均粒度。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二类型的晶粒具有的平均晶粒尺寸不大于所述第一类型的晶粒的所述平均晶粒尺寸的1000倍，且至少是所述第一类型的晶粒的所述平均晶粒尺寸的1.1倍。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二粉末材料包括碳化硅。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二粉末材料基本上由碳化硅组成。9.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二粉末材料基本上由黑碳化硅组成。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二粉末材料具有不大于8微米且为至少0.2微米的第二平均粒度。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一粉末材料包括第一比表面积SSA1且所述第二粉末材料包括第二比表面积SSA2，其中基于方程((SSA2-SSA1)/SSA2)×100％，所述第一比表面积比所述第二比表面积小，且小不大于90％。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物包括为至少1.1且不大于8的所述第一粉末材料对所述第二粉末材料的含量(重量％)比PM1/PM2。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物包括相对于所述混合物的总重量为至少10重量％且不大于90重量％的所述第一粉末材料的含量。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物包括相对于所述混合物的总重量为至少10重量％、且不大于50重量％的所述第二粉末材料的含量。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物进一步包括添加剂。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述添加剂包括有机材料。17.根据权利要求15所述的方法，其中所述添加剂包括粘合剂。18.根据权利要求15所述的方法，其中所述添加剂包括聚乙烯醇(PVA)。19.根据权利要求15所述的方法，其中所述添加剂选自三乙醇胺、甲醛、树脂、及其组合。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述树脂包括聚乙烯醇。21.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物包括相对于所述混合物的总重量不大于18重量％且为至少3重量％的添加剂的总含量。22.根据权利要求1所述的方法，其中基于方程((AC2-AC1)/AC2)×100％，所述第二粉末材料包括比所述第一粉末材料的铝含量AC1大至少5％且不大于95％的铝含量AC2。23.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一粉末材料的铝含量小于800ppm且为至少10ppm。24.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二粉末材料的铝含量为至少900ppm且不大于3000ppm。25.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物为湿的混合物。26.根据权利要求1所述的方法，其中形成生坯包括选自如下的成型过程：压制、挤出、浇铸及其组合。27.根据权利要求1所述的方法，其中形成生坯包括滑移浇铸。28.根据权利要求1所述的方法，其中形成生坯进一步包括干燥所述生坯。29.根据权利要求1所述的方法，其中烧结在为至少1600℃且不大于2200℃的烧结温度下进行。30.根据权利要求1所述的方法，其中烧结包括保持烧结温度至少30分钟且不大于6小时的持续时间。31.根据权利要求1所述的方法，其中烧结在惰性气氛中进行。32.根据权利要求31所述的方法，其中烧结在包括稀有气体的气氛中进行。33.根据权利要求31所述的方法，其中烧结在包括多数含量的氩气的气氛中进行。34.根据权利要求31所述的方法，其中烧结在基本上由氩气组成的气氛中进行。35.根据权利要求1所述的方法，其中烧结在具有为至少0.1psi且不大于10psi的压力的气氛中进行。36.根据权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷本体具有相对于所述陶瓷本体的总体积不大于10体积％且为至少0.1体积％的孔隙率。37.根据权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷本体包括烧结碳化硅本体。38.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的晶粒具有不大于所述第一平均粒度PS1的7倍且为所述第一平均粒度的至少1.1倍的平均晶粒尺寸。39.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的晶粒以多数含量且以不大于95体积％存在于所述陶瓷本体内。40.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的晶粒包括不大于1.4的平均纵横比，其中纵横比为长度比宽度的量度，其中长度为当在二维中观察时晶粒的最长尺寸且宽度为当在二维中在与由所述长度限定的方向垂直的方向上测量时所述晶粒的最短尺寸。41.根据权利要求40所述的方法，其中所述第一类型的晶粒基本上是各方等大的。42.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的晶粒包括为至少1微米且不大于15微米的平均晶粒尺寸。43.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的晶粒包括碳化物。44.根据权利要求43所述的方法，其中所述第一类型的晶粒包括碳化硅。45.根据权利要求43所述的方法，其中所述第一类型的晶粒基本上由碳化硅组成。46.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二类型的晶粒分散在所述陶瓷本体内。47.根据权利要求46所述的方法，其中所述第二类型的晶粒基本上均匀地分散在所述第一类型的晶粒之间。48.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二类型的晶粒包括碳化物。49.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二类型的晶粒包括碳化硅。50.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的晶粒基本上由碳化硅和铝组成。51.根据权利要求29所述的方法，其中所述第二类型的晶粒包括为至少500ppm且不大于3000ppm的铝含量。52.根据权利要求29所述的方法，其中所述第二类型的晶粒包括比所述第一类型的晶粒大的铝含量。53.根据权利要求52所述的方法，其中铝晶粒内地分散在所述第二类型的晶粒内。54.根据权利要求29所述的方法，其中所述第二类型的晶粒以基于所述陶瓷本体中的晶粒总数的统计学平均数的少数含量且以至少10体积％存在。55.根据权利要求29所述的方法，其中所述第二类型的晶粒具有不大于所述第二平均粒度PS2的1000倍且为所述第二平均粒度的至少1.1倍的平均晶粒尺寸。56.根据权利要求29所述的方法，其中所述第二类型的晶粒是针状的。57.根据权利要求56所述的方法，其中所述第二类型的晶粒包括为至少1.4的平均纵横比，其中纵横比为长度比宽度的度量，其中长度为当在二维中观察时所述第二类型的晶粒的最长尺寸且宽度为当在二维中在与由所述长度限定的方向垂直的方向上测量时所述第二类型的晶粒的最短尺寸，且其中所述纵横比不大于100。58.根据权利要求29所述的方法，其中所述第二类型的晶粒具有比所述第一类型的晶粒的平均晶粒尺寸GS1大的平均晶粒尺寸GS2。59.根据权利要求58所述的方法，其中基于方程((GS2-GS1)/GS2)×100％，所述第二类型的晶粒的平均晶粒尺寸GS2比所述第一类型的晶粒的平均晶粒尺寸GS1大至少5％且不大于95％。60.根据权利要求29所述的方法，其中所述第二类型的晶粒具有为至少10微米且不大于1000微米的平均晶粒尺寸。61.根据权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷本体基本上不含硅金属。62.根据权利要求61所述的方法，其中所述陶瓷本体基本上不含氮化铝。63.根据权利要求61所述的方法，其中所述陶瓷本体基本上不...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·J·尼努斯，D·R·蒂尔尼，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US