用于制造陶瓷粉末和陶瓷产品的系统和方法技术方案

提供了用于制造陶瓷粉末的系统和方法。在一些实施方案中，用于形成陶瓷粉末的方法包括：向多种试剂中添加足够量的添加剂以形成前体混合物，使得当所述前体混合物进行碳热反应时，所述前体混合物形成陶瓷粉末，其中所述添加剂包括以下中的至少一种：氧化物、盐、纯金属、或原子序数范围为21至30、39至51和57至77的元素的合金以及它们的组合；并且使所述前体混合物进行碳热反应以形成陶瓷粉末，其中所述陶瓷粉末包括：a)选自由以下组成的组的形貌：不规则、等轴、板状、以及它们的组合，以及b)选自由以下组成的组的粒度分布：细、中等、粗以及它们的组合。

System and Method for Manufacturing Ceramic Powder and Ceramic Products

Systems and methods for manufacturing ceramic powders are provided. In some implementations, methods for forming ceramic powders include adding enough additives to various reagents to form precursor mixtures so that when the precursor mixtures undergo carbothermal reactions, the precursor mixtures form ceramic powders, wherein the additives include at least one of the following: oxides, salts, pure metals, or atomic number ranges from 21. Alloys of elements 30, 39 to 51 and 57 to 77 and their combinations; and carbothermal reactions of the precursor mixtures to form ceramic powders, in which the ceramic powders include: (a) morphologies of groups composed of irregular, equiaxed, plate-like, and their combinations; and (b) particle size distributions of groups composed of groups of free choice: fine, medium, coarse and it The combination of them.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造陶瓷粉末和陶瓷产品的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年6月23日提交的美国临时申请号62/353,880的权益，将所述临时申请以其全文通过援引方式并入本申请。
概括地，本专利技术涉及用于制造陶瓷材料的系统和方法。更具体地，本公开涉及碳热合成各种金属硼化物陶瓷粉末，以定制粉末产品的特定特征和/或特性(即，颗粒形状、粒度分布)。
技术介绍
通过碳热合成，可以制造各种金属硼化物陶瓷粉末。所述粉末可用作最终产品或被加工成最终陶瓷产品，用于多种多样的应用。
技术实现思路
在一些实施方案中，提供了一种方法，包括：向多种试剂中添加足够量的添加剂以形成前体混合物，使得当所述前体混合物进行碳热反应时，所述前体混合物形成陶瓷粉末，其中所述添加剂包括以下中的至少一种：氧化物、盐、纯金属、或原子序数范围为21至30、39至51和57至77的元素的合金以及它们的组合；并且使所述前体混合物进行碳热反应以形成陶瓷粉末，其中所述陶瓷粉末包括：a)选自由以下组成的组的形貌：不规则、等轴、板状、以及它们的组合，以及b)选自由以下组成的组的粒度分布：细、中等、粗以及它们的组合。在一些实施方案中，所述足够的添加剂量为基于所述陶瓷粉末的总重量小于0.75wt.％。在一些实施方案中，所述方法还包括：在碳热反应步骤期间通过将所述前体混合物暴露于工艺气体流动中来去除不希望的碳热反应副产物。在一些实施方案中，将所述前体混合物暴露还包括：在碳热反应步骤期间引导所述工艺气体流动透过所述前体混合物。在一些实施方案中，所述工艺气体选自由以下组成的组：稀有气体、氢气以及它们的组合。在一些实施方案中，所述陶瓷粉末包含金属硼化物陶瓷。在一些实施方案中，所述前体混合物包含：一定量的包含钛源的氧化物、一定量的碳源、以及一定量的硼源。在一些实施方案中，所述氧化物为基于所述前体混合物的总重量20重量％(wt.％)至50wt.％。在一些实施方案中，所述碳源以基于所述前体混合物的总重量10wt.％至35wt.％的量存在于所述前体混合物中。在一些实施方案中，所述碳源包含石墨。在一些实施方案中，所述硼源以基于所述前体混合物的总重量30wt.％至70wt.％的量存在于所述前体混合物中。在一些实施方案中，所述陶瓷粉末包含二硼化钛。在一些实施方案中，包含0.2wt.％Fe和0.5wt.％Cr的0.7wt.％的足够量添加剂提供了细粒度分布的等轴晶粒的TiB2形貌。在一些实施方案中，包含0.2wt.％Fe和0.2wt.％S的0.4wt.％的足够量添加剂提供了粗粒度分布的板状晶粒的TiB2形貌。在一些实施方案中，包含Fe、Ni、Co和W的0.26wt.％的足够量添加剂提供了细粒度分布的不规则晶粒的TiB2形貌。在一些实施方案中，4wt.％S的足够量添加剂提供了粗粒度分布的等轴晶粒的TiB2形貌。在一些实施方案中，提供了一种方法，包括：向多种试剂中添加足够量的添加剂以形成前体混合物，使得当所述前体混合物进行碳热反应时，所述前体混合物形成陶瓷粉末，其中所述多种试剂包含第一量的还原剂；第二量的反应物，并且其中所述添加剂包括以下中的至少一种：氧化物、盐、纯金属、或原子序数范围为21至30、39至51和57至77的元素的合金以及它们的组合；并且使所述前体混合物进行碳热反应以形成陶瓷粉末，其中所述陶瓷粉末包括：a)选自由以下组成的组的形貌：不规则、等轴、板状、以及它们的组合，以及b)选自由以下组成的组的粒度分布：细、中等、粗以及它们的组合。在一些实施方案中，所述足够的添加剂量为基于所述陶瓷粉末的总重量小于0.75wt.％。在一些实施方案中，所述方法还包括：在碳热反应步骤期间通过将所述前体混合物暴露于工艺气体流动中来去除不希望的碳热反应副产物。在一些实施方案中，将所述前体混合物暴露还包括：在碳热反应步骤期间引导所述工艺气体流动透过所述前体混合物。附图说明以上简要概述的并且在下面更详细讨论的本专利技术的实施方案可以通过参考在附图中描绘的本专利技术的说明性实施方案来理解。然而，应注意所述附图仅展示了本专利技术的典型的实施方案并且因此不应被认为限制其范围，因为本专利技术可允许其他同样有效的实施方案。图1描绘了根据本公开的实施方案的具有不规则粉末形貌的陶瓷粉末的实施方案。图1是用反向散射电子模式的PSEMII型AspexInstruments以2500X放大倍率拍摄的扫描电子显微镜(“SEM”)图像。图2描绘了根据本公开的实施方案的具有等轴粉末形貌的陶瓷粉末的实施方案。图2是用反向散射电子模式的PSEMII型AspexInstruments以2500X放大倍率拍摄的SEM图像。图3描绘了根据本公开的具有板状粉末形貌的陶瓷粉末的实施方案。图3是用反向散射电子模式的PSEMII型AspexInstruments以2500X放大倍率拍摄的SEM图像。图3A是本公开的实施方案的示意图，所述示意图描绘了陶瓷粉末的特征形状因子的量化，或与颗粒(例如，陶瓷粉末产品)相关联的形状因子指的是所述颗粒的多个尺寸的比率。如图3A所示，与所示颗粒相关联的形状因子包括所述颗粒的x、y和z尺寸的比率。图4描绘了曲线图，所述曲线图描绘了对于根据本公开的三种不同粒度分布：细、中等和粗粒度，相对于尺寸(微米)的体积百分比。参考图表和附表，每种粒度分布包括针对D10、D50和D90值绘制的数据点，使得每种粒度分布被绘制成曲线，其中对于根据本公开的在图4中可以容易观察的不同粒度分布，对比出相应曲线的曲线位置、高度和宽度。图5描绘了根据本公开的陶瓷粉末的实施方案的SEM图像：具有以下形貌的TiB2陶瓷粉末：主要含细不规则晶粒的粒度分布，其中包括低百分比的粗板状晶粒。图5对应于从汇总于表2中的TiB2类型10组(run)中获得的陶瓷粉末材料。图6描绘了根据本公开的陶瓷粉末的实施方案的SEM图像：具有以下形貌的TiB2陶瓷粉末：细不规则晶粒的粒度分布。图6对应于从汇总于表2中的TiB2类型7组中获得的陶瓷粉末材料。图7描绘了根据本公开的陶瓷粉末的实施方案的SEM图像：具有以下形貌的TiB2陶瓷粉末：细和中等尺寸的板状晶粒的粒度分布。图7对应于从汇总于表2中的TiB2类型13组中获得的陶瓷粉末材料。图8描绘了根据本公开的陶瓷粉末的实施方案的SEM图像：具有以下形貌的TiB2陶瓷粉末：主要含细不规则晶粒的粒度分布，其中包括低百分比的中等板状晶粒。图8对应于从汇总于表2中的TiB2类型5组中获得的陶瓷粉末材料。图9描绘了根据本公开的陶瓷粉末的实施方案的SEM图像：具有以下形貌的TiB2陶瓷粉末：粗等轴晶粒的粒度分布。图9对应于从汇总于表2中的TiB2类型24组中获得的陶瓷粉末材料。图10描绘了根据本公开的陶瓷粉末的实施方案的SEM图像：具有以下形貌的TiB2陶瓷粉末：粗板状晶粒的粒度分布。图10对应于从汇总于表2中的TiB2类型28组中获得的陶瓷粉末材料。图11描绘了根据本公开的陶瓷粉末的实施方案的SEM图像：具有以下形貌的TiB2陶瓷粉末：主要含细不规则晶粒的粒度分布，其中包括低百分比的粗板状晶粒。图11对应于从汇总于表2中的TiB2类型16组中获得的陶瓷粉末材料。图12描绘了根据本公开的陶瓷粉末的实施方案的SEM图像：具有以下形貌的TiB2陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：向多种试剂中添加足够量的添加剂以形成前体混合物，使得当所述前体混合物进行碳热反应时，所述前体混合物形成陶瓷粉末，其中所述添加剂包括以下中的至少一种：氧化物、盐、纯金属、或原子序数范围为21至30、39至51和57至77的元素的合金以及它们的组合；并且使所述前体混合物进行碳热反应以形成陶瓷粉末，其中所述陶瓷粉末包括：a)选自由以下组成的组的形貌：不规则、等轴、板状、以及它们的组合，以及b)选自由以下组成的组的粒度分布：细、中等、粗以及它们的组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.23 US 62/353,8801.一种方法，包括：向多种试剂中添加足够量的添加剂以形成前体混合物，使得当所述前体混合物进行碳热反应时，所述前体混合物形成陶瓷粉末，其中所述添加剂包括以下中的至少一种：氧化物、盐、纯金属、或原子序数范围为21至30、39至51和57至77的元素的合金以及它们的组合；并且使所述前体混合物进行碳热反应以形成陶瓷粉末，其中所述陶瓷粉末包括：a)选自由以下组成的组的形貌：不规则、等轴、板状、以及它们的组合，以及b)选自由以下组成的组的粒度分布：细、中等、粗以及它们的组合。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述足够的添加剂量为基于所述陶瓷粉末的总重量小于0.75wt.％。3.如权利要求1所述的方法，还包括：在所述碳热反应步骤期间通过将所述前体混合物暴露于工艺气体流动中来去除不希望的碳热反应副产物。4.如权利要求3所述的方法，其中，将所述前体混合物暴露还包括：在所述碳热反应步骤期间引导所述工艺气体流动透过所述前体混合物。5.如权利要求3所述的方法，其中，所述工艺气体选自由以下组成的组：稀有气体、氢气以及它们的组合。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述陶瓷粉末包含金属硼化物陶瓷。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述前体混合物包含：一定量的包含钛源的氧化物、一定量的碳源、以及一定量的硼源。8.如权利要求7所述的方法，其中，所述氧化物为基于所述前体混合物的总重量20重量％(wt.％)至50wt.％。9.如权利要求7所述的方法，其中，所述碳源以基于所述前体混合物的总重量10wt.％至35wt.％的量存在于所述前体混合物中。10.如权利要求9所述的方法，其中，所述碳源包含石墨。11.如权利要求7所述的方法，其中，所述硼源以基于所述前体混合物的总重量30wt.％至7...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·C·麦克米伦，L·M·斯沃茨，B·D·莫瑟，
申请(专利权)人：美铝美国公司，
类型：发明
国别省市：美国,US