将陶瓷复合体粘结于第二物体的方法技术

本发明专利技术通常涉及生产复合体的新方法与此法生产的新型产物。更具体地说，本发明专利技术涉及一种通过熔融母体金属反应性地渗透含有碳化硼以及视具体情况而定存在的一种或多种惰性填料的床层或块料并且使残余或过量母体金属仍然粘结于所形成的自撑体从而生产包含一种或多种含硼化合物。例如硼化物或硼化物和碳化物的自撑体的方法。此后，可以利用残余或过量金属在所形成的复合体与另一物体（如金属或陶瓷体）之间形成键。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及生产复合体的新方法与此法生产的新型产物。更具体地说，本专利技术涉及一种通过熔融母体金属反应性地渗透含有碳化硼以及视具体情况而定存在的一种或多种惰性填料的床层或块料並且使残余或过量母体金属仍然粘结于所形成的自支撑体从而生产包含一种或多种含硼化合物。例如硼化物或硼化物和碳化物的自支撑体的方法。此后，可以利用残余或过量金属在所形成的复合体与另一物体(如金属或陶瓷体)之间形成键。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，陶瓷用于上述目的的一个主要问题是制造所需陶瓷结构的可行及其造价。例如，利用热压法，反应烧结法和反应热压法制造面取得某些有限的进展，但仍然需要一种更有效和更经济的方法制造致密的含硼化物材料。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材料。这种公知方法的目的是要获得陶瓷最佳性能(例如硬度和/或刚性)和金属最佳性能(例如延展性)的综合平衡。尽管在生产硼化物金属陶瓷领域取得了一些一般性进展，但仍需要更有效更经济的含硼化物材料的制备方法。DannyR.White，MichaelK.Aghajanian和T.DennisClaar在1987年7月15日申请的共同未决美国专利申请073，533(题为“自支撑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。简要归纳申请书′533的内容可知，自一支撑陶瓷体是在碳化硼存在下，利用母体金属渗透作用和反应方法(即，反应性渗透作用)制备的。特别地，碳化硼床层或碳化硼体被熔融的母体金属渗透和反应，而床层可全部由碳化硼组成，因此，所得自一支撑体包括一种或多种母体金属含硼化合物，该化合物包括母体金属硼化物或母体金属碳化硼或两者，一般还包括母体金属碳化物。该申请还披露待渗透的碳化硼体还可含有一种或多种与碳化硼混合的惰性填料。因此，通过结合惰性填料，所得产物将是一种具有基体的复合体，该基体是利用母体金属的反应性渗透作用制备的。所说基体包括至少一种含硼化合物，还可以包括母体金属碳化物，该基体嵌入惰性填料。还应注意，在上述方案中不论哪种情况(即，有填料或无填料)，最终复合体产物均可以包括残余金属，如原始母体金属的至少一种金属成分。从广义上讲，在申请书′533公开的方法中，含碳化硼体放置在与熔融的金属体或金属合金体相邻或接触的位置上，熔融的金属体或金属合金在一个特定的温域内、在基本惰性环境中熔化。熔融的金属渗透碳化硼体并与碳化硼反应生成至少一种反应产物。碳化硼可被熔融母体金属至少部分还原，从而生成母体金属含硼化合物(例如，在该工艺温度条件下，生成母体金属硼化物和/或硼化合物)。典型情况下，还生成母体金属碳化物，而在特定情况下，生成母体金属碳硼化物。至少部分反应产物与金属接触，并利用毛细作用使熔融的金属吸到或迁移到未反应的碳化硼。迁移的金属形成另外的母体金属，硼化物，碳化物和/或碳硼化物并且陶瓷体维续形成或扩展直到或是母体金属或碳化硼已被消耗掉或是反应温度变化到反应温域以外的温度。所得结构物包括一种或多种母体金属硼化物，母体金属硼化合物，母体金属碳化物，金属(如申请书′533所述，包括合金和金属互化物)或空隙或上述任意组合。而且，这几相在整个陶瓷体中可以或不以一维或多维相互连接。可以通过改变一种或多种条件，例如改变碳化硼体的初密度，碳化硼和母体金属的相对含量，母体金属的合金用填料稀释碳化硼，温度和时间，控制含硼化合物(即硼化物和硼化合物)、含碳化合物和金属相的最终体积分数以及互连度。碳化硼转化为母体金属硼化物、母体金属硼化合物和母体金属碳化物的转化率较好是至少约50%，最好是至少约90%。在申请书′533中采用的典型环境或气氛是在该工艺条件下相对惰性或非反应性的环境或气氛。该申请特别指出，例如氩气或真空是适宜的工艺气氛。而且，据披露，如果使用锆作为母体金属，则所得复合体包括二硼化锆，碳化锆和残余的金属锆。该申请还披露，如果在该方法中使用铝母体金属，则所得产物是碳硼化铝如Al3B48C2，AlB12C2和/或AlB24C4，并残存铝母体金属和其他未反应、未氧化母体的金属成分。在该工艺条件下其他适用的母体金属还披露有硅，钛，铪，镧，铁，钙，钒，铌，镁和铍。共同未决的美国专利申请137，044(以下称作“申请书′044”)是申请书′533的继续部分申请，〔申请人Terry Dennis Claar，Steven Michael Mason，Kevin Peter Pochopien和Danny Ray White，申请日1987年12月23日，题为“自一支撑体的制备方法及其所制备的产品”。〕申请书′044披露，在某些情况下，将碳给予体(即，含碳化合物)加到将要被熔融母体金属渗透的碳化硼床层或碳化硼体中是理想的。具体讲，据该申请书公开，碳给予体能够与母体金属反应生成母体金属碳化物相，这种相能改进所得复合体的机械性能(与没有使用碳给予体所制备的复合体比较)。因此，据透露可改变或控制反应物浓度和工艺条件以获得含有不同体积百分数的陶瓷化合物、金属和/或孔隙的陶瓷体。例如，通过向碳化硼体加碳给予体(如石墨粉或碳黑)，可以调节母体金属硼化物/母体金属碳化物的比率。特别是，如果使用锆作为母体金属，则会降低ZrB2/ZrC的比率(即，由于向碳化硼体加入碳给予体可产生更多的ZrC)。申请书′044还公开了石墨模具的使用，该石墨模具有适当数量的、具有特定尺寸、形状和位置的通气孔，这些通气孔起着排气的作用，能在母体金属反应性渗透前沿渗透预型坯时除去例如预型坯或填料中收集到的任何气体。在另一个相关申请，共同未决美国专利申请137，382(以下称作“申请书′382”)中，公开了其他改进方案。该申请是TerryDennisClaar和GerhardHansSchiroky于1987年12月23日申请的，题为“利用渗碳法改性陶瓷复合体的方法及其制品”。具体讲，申请书′382公开的是按申请书′533介绍的方法制备的陶瓷复合体暴露于气体渗碳物中能得到改性。例如，通过将复合体包埋在石墨床中并使至少部分石墨床在控制气氛炉中与潮气或氧气反应能制得上述气物渗碳物。但是炉内气氛一般应主要由非反应性气体如氩气构成。还不清楚是否氩气中的杂质提供了必要需的O2以形成渗碳物，还是氩气仅起着含有杂质的媒介作用(这些杂质是在石墨床或复合体中某些成份挥发而产生的)。此外，气体渗碳物可以在加热复合体过程中直接引入控制气氛炉内。一旦气体渗碳物被引入控制气氛炉内，应按如此方式设计组件以使渗碳物能与至少一部分埋在散填石墨粉中的复合体表面接触，据认为，渗碳物中的碳或来自石墨床层中的碳将溶解在相互连接的碳化锆相中，然后溶解的碳迁移遍布基本上所有的复合体(如果需要可以利用空位扩散法)。而且，申请书′382还披露通过控制时间、复合体暴露在渗碳物的程度和/或发生渗碳作用时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产自撑体的方法，该方法包括通过下述步骤制备第一复合体。选择母体金属；在基本上呈惰性的气氛中将所述的母体金属加热至高于其熔点的温度以便使熔融的母体金属渗透包含碳化硼的块料，从而使熔融的母体金属与所述的碳化硼反应以便形成至少一种含 硼化合物；使上述渗透反应继续进行足够的时间以便制备包含至少一种含有母体金属硼的化合物的自撑体；在所述自撑体的至少一个表面上提供过量金属以便使所述自撑体粘结第二个物体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：苔利戴尼斯克拉尔，
申请(专利权)人：兰克西敦技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]