[发明专利]陶瓷复合材料和多孔陶瓷材料

说明书

本发明涉及在室温到高温宽范围内的温度下具有机械强度高和极好热稳定性的微结构陶瓷复合材料，该材料适合于用作高温结构材料和功能材料；也涉及在室温到高温宽范围内的温度下具有机械强度高和极好热稳定性的微结构的多孔陶瓷材料，该材料适合于用作高温结构材料、过滤器材料、金属或陶瓷的增强材料、催化剂载体、绝热材料和其它将暴露在高温下的功能材料。

(I)人们已经研究了SiC或Si₃N₄并将其开发成高温下使用的陶瓷材料，但是这种材料的高温性能不是令人满意的。作为这两种材料的替换材料来说，由Societe Europeene de Propulsion提供的、用化学汽相沉积方法生产的SiC/SiC复合材料已经引起了人们的注意，而且目前被认为是最好的高温结构材料，并且进行了研究和开发。据报道能够使用的温度范围是1400℃或更低。

粉末烧结法是生产陶瓷材料最普通的方法。通过改进粉末的特性，例如使粉末更细和更纯，以及控制烧结条件，生产了在室温下强度高达3.0GPa的ZrO₂陶瓷材料。而且在粉末烧结方法中，在陶瓷复合材料中可进行其它陶瓷颗粒的纳米分散，并考虑了对陶瓷的强度、硬度、导热性、耐热冲击性和其它性能进行改进。

通常，人们认为氧化物陶瓷不适合用作高温结构材料，这是因为这类材料在高温下容易变形。然而，氧化物陶瓷材料的耐氧化性和耐腐蚀性优于任何其它陶瓷。因此，如果能够提高氧化物陶瓷的机械特性，那么氧化物陶瓷就可以作为高温材料广泛地应用于各种领域中。在这些方面，熔点高于2000℃的金属氧化物，例如Al₂O₃、ZrO₂、MgO、BaO、BeO、CaO、Cr₂O₃和稀土元素氧化物例如Y₂O₃、La₂O₃、Yb₂O₃、Sm₂O₃、Gd₂O₃、Nd₂O₃和Er₂O₃被认为是高温陶瓷的良好选择材料。

日本未审专利公开(Kokai)号5-85821，1993年出版，公开了一种由稀土元素氧化物(或稀土元素的混合氧化物)和Al₂O₃组成的烧结体及其生产方法。在这个方法中，将稀土元素氧化物和Al₂O₃混合并成形，然后将其在合适的烧结温度下烧结到合适的烧结时间，以便控制晶粒大小小于30μm，并防止不正常的晶体生长和出现气孔，由此制备具有高强度和韧性可靠的稀土元素氧化物/氧化铝陶瓷烧结体。

然而，虽然通过控制生产条件和改进起始粉末可以较明显地提高室温强度，但是各组份材料的颗粒间的界面(晶界)结构以及基体和增强相的晶体性能之间的界面极大地影响了陶瓷复合材料的高温机械性能。而且在高温下，因为结构越细，超塑性性能越强。因此，很难获得精细结构和高温强度的共存。

因此，需要一种生产复合陶瓷材料的新方法，该方法可以精确控制上述因素，以及需要一种新型复合陶瓷材料，该材料具有新的结构和界面或颗粒边界结构。

本发明者为了提供一种显著改进高温特性的陶瓷复合材料，考虑了现有技术的上述问题，进行了研究。

结果，本发明者发明了一种新型复合材料，该材料是由单晶/单晶，单晶/多晶和多晶/多晶相的α-氧化铝相和YAG相组成，如在日本未审专利公开(Kokai)号7-149597(1995年出版)，8-81257(1996年出版)和7-187893(1995年出版)。

本发明第一个目的是提供由α-氧化铝相和YAG相组成的上述复合材料，由两种或多种不同组份或物质的晶体组成的新型陶瓷复合材料，该晶体具有连续的相互交织的三维网络结构，该复合材料具有极好的机械强度和从室温到高温的结构热稳定性，尤其极大地提高了高温特性。

(II)本发明的另一个方面是也提供了新型多孔陶瓷材料，该材料是由上述新的陶瓷复合材料制成的。