用于控制多相复合物微结构偏压的工艺制造技术

一种用于控制并由此预测多相复合物的微结构偏压的工艺，能够在所得微结构中使组分化合物在其形态和位置上获得优选定位，从而能用常规的手工混合（ＭＭ）和改进的自动传播的高性能（ＳＨＳ）加工技术使第一相的晶粒或者位于第二相的晶粒间界处、或着均匀分布在第二相中。一种由此使较低成本的复合材料具有可与更昂贵的高性能材料整体特性相比拟的特性的工艺，它是在稠化／熔化过程中使较高性能的第一相晶粒优选位于第二相的晶粒间界处。一种通过优选将微结构进行偏压的方式优化性能特性的工艺，使得本身具有优选特性的相能够影响并增加多数复合材料的所需特性。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】概括地说，本专利技术涉及一种用于控制且由此预测多相复合物微结构偏压的工艺。本专利技术特别涉及一种用于获得存在于多相颗粒复合材料的微结构中的组成相的优选定位的工艺。本专利技术可用于高性能材料特性的生产和性能的优化。目前，当制备多相复合物时，在微米级水平上，通常不能预测、且由此不能控制多相复合物的微结构。这是最终复合产品可靠性低和产出废品率高的主要原因。此外，由于多数高性能材料是不透明的，所以在生产过程中或之后通过非破坏性评价或检测(NDE)进行微结构的质量控制是不可能的。对于依靠铠装层中所用材料来说，质量控制是重要的，通常就象人的生死之间的差别。在用于复合物的混合物规律中，复合物的多数特性通常由不必按最大体积或重量存在的连续相调节。一般来说，高性能的单石陶瓷对于加工来说是昂贵的，这是由于因诸如高熔点和硬度这样的内在特性而需要极高的加工条件。作为结果，许多高性能的独石材料对于生产来说是昂贵的。根据本专利技术者的最佳经验，没有人能够确定用于抗穿透的铠装层材料的标准。到目前为止，在硬度，弹性模量，韧度，强度和材料的抗穿透性之间进行的实验发现没有特殊的相关性。目前，通过认识到控制多相复合物的微结构偏压，已经进行了微结构偏压与抗穿透性间直接相关性的实验。一种控制并由此预测多相复合物微结构偏压的工艺，以便在所得微结构中获得组分化合物在形态和位置上的优选定位。一般来说，该工艺将使一种组分相位于第二组分相的晶粒间界处(1＠2)或均匀分布在第二组分相中(1在2中)。在一种二硼化钛和氧化铝的混合物中，使用常规的手工混合(MM)和改进的自动传播高温合成(SHS)加工技术，可以将该工艺用于使二硼化钛晶粒位于氧化铝的晶粒间界处(T＠A)或均匀分布在氧化铝中(TinA)。在稠化/熔化过程中，通过使一相的晶粒优选位于其它相的晶粒间界处或均匀分布在其它相内，一种工艺由此可使较低成本的复合材料(诸如二硼化钛/氧化铝)具有可与更昂贵的独石材料相比拟的特性。一种优选多相复合物性能特性的工艺，它是通过以下方式进行的优选将微结构进行偏压，使得本身具有优选特性的相能够影响并增加多数复合材料的所需特性。附附图说明图1是所选陶瓷材料的文献中记录的特性的表格。附图2表示球磨8和30小时的纯TiB2和复合物TiB2/Al2O3的比较SLAP穿透试验结果。附图3表示使用球磨8和30小时、然后按5000磅/英寸2持续(A)保持和500/5000磅/英寸2的压力(B)热压的SHS粉生产的SHS形状的1/d=10/1 LRP穿透对比试验结果。附图4表示SHST＠A(样品225)和SHS TinA(样品227)的微结构对比观察结果的小结。附图5表示纯氧化铝陶瓷与SHS生产的复合物TiB2/Al2O3应变率和抗压强度的比较，其中所述的TiB2/Al2O3进行了8小时球磨，然后按5000磅/英寸2的压力进行了热压。附图6是在环境(一个大气压)压力下原位产生的SHS复合物TiB2/Al2O3的低放大显微图。附图7是在SHS反应发生后通过应用1800磅/英寸2压力而产生的SHS复合物TiB2/Al2O3的低放大显微图。附图8是在SHS反应发生后通过应用3000磅/英寸2压力而产生的SHS复合物TiB2/Al2O3的低放大显微图。附图9是在SHS反应发生后使用爆炸压缩法产生的SHS复合物TiB2/Al2O3的低放大显微图。附图10是在环境(一个大气压)压力下原位产生的SHS复合物TiB2/Al2O3的高放大显微图。附图11是在SHS反应发生后通过应用1800磅/英寸2压力而产生的SHS复合物TiB2/Al2O3的高放大显微图。附图12是在SHS反应发生后通过应用3000磅/英寸2压力而产生的SHS复合物TiB2/Al2O3的高放大显微图。附图13是在SHS反应发生后使用爆炸压缩法产生的SHS复合物TiB2/Al2O3的高放大显微图。附图14是球磨24小时并按5000磅/英寸2的持续压力热压的SHST＠A复合物TiB2/Al2O3的典型显微图。附图15是球磨24小时并按5000磅/英寸2的持续压力热压的MMT＠A复合物TiB2/Al2O3的典型显微图。附图16是球磨24小时并按500磅/英寸2压力热压直到达最佳温度、然后立即施用5000磅/英寸2压力的SHSTinA复合物TiB2/Al2O3的典型显微图。附图17是球磨24小时并按500磅/英寸2压力热压直到达最佳温度、然后立即施用5000磅/英寸2压力的MMTinA复合物TiB2/Al2O3的典型显微图。附图18是球磨8小时并按5000磅/英寸2持续压力热压的SHS复合物TiB2/Al2O3的低放大显微图。附图19是球磨8小时并按5000磅/英寸2持续压力热压的SHS复合物TiB2/Al2O3的高放大显微图。附图20是球磨30小时并按5000磅/英寸2持续压力热压的SHS复合物TiB2/Al2O3的低放大显微图。附图21是球磨30小时并按5000磅/英寸2持续压力热压的SHS复合物TiB2/Al2O3的高放大显微图。附图22表示热压本专利技术复合物中使用的压力和保持时间的模式。附图23表示热压保持时间和压力的密度结果。附图24表示附图23中表示的SHS和MM样品的总密度和MOR结果。附图25表示附图23中表示的SHS和MM样品的总密度和EMOD结果。附图26是SHS和MMT＠A和TinA样品的平均机械特性值的小结。诸如TiB2,SiC,B4C和Al2O3这样的单石陶瓷材料表现出极佳的高性能特性。然而，这些陶瓷的合成和加工需要高温，高压和昂贵的精加工步骤。此外，所得产品废品率高和可靠性低，这导致了高生产成本。本专利技术公开了一种用于将某些高性能材料与其它材料结合的方法，产生多相复合物，它们具有的性能特性类似于(或优于)独石高性能陶瓷，而对于生产来说成本较低廉，用较低的温度和/或压力和较低廉的精加工步骤就可以生产，并且废品率低可靠性高。附图1是文献中记录的所选公知陶瓷材料特性的表格。许多多相复合物是通过热压形成的。本工艺证实热压中压力的施用速率可以使不同的晶粒形态出现在所得稠密微结构中。这类一般性结果已由本专利技术者公开，但不是本文描述的“关键”要点并且不是特别关注的优选方向。Kecskes,L.J.等，“燃烧合成的氧化铝-二硼化钛复合陶瓷的动态固结”,79 J.Am.Ceram.Soc.10.,p.2687-95(1996)。本工艺还证实了微结构对铠装层材料的动态性质的作用。这类一般性结果也已由本专利技术者公开，但不是本文描述的“关键”要点并且不是特别关注的优选方向。Logan,K.V.,“使用自动传播的高温合成生产的复合物TiB2/Al2O3的弹塑性性质”，选自《博士论文集》(Ph.D.Dissertation),Georgia Institute of Technology(1992年9月)(“Logan论文”)。本专利技术者以前曾怀疑这种优选的方向，但直到现在也没有得到证明。在稠化含有市售可得成分(粉末)的混合物或使用改进的合成技术合成的成分(粉末)过程中，通过控制起始成分的组成和颗粒的大小(通过对它们所用压力的施用速率形成)和在各种温度下的保持时间，与多相材料的另一相相关的多相材料的一相的微结构(形态和位置)可以择优受到影响。通过影响与多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过使第一相均匀分散在第二相而控制多相复合物微结构偏压的工艺，包括以下步骤：ａ．提供一种具有平均颗粒大小小于４０微米的材料的混合物；ｂ．在一种还原的惰性环境中按约５００磅／英寸↑［２］将该混合物热压至最佳ＣＴＰ温度；和ｃ．当 达到最佳ＣＴＰ温度时，将热压中的压力增加至约５０００磅／英寸↑［２］，由此制备一种多相复合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯思琳V罗甘，
申请(专利权)人：凯思琳V罗甘，
类型：发明
国别省市：US[美国]