致密碳化硅制成的產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及表現(xiàn)出大于97%的相對密度的燒結(jié)產(chǎn)品，所述燒結(jié)產(chǎn)品由以下成分組成：-超過92重量%的碳化硅，-0.5重量%至8重量%的包含元素O、Si和一種或兩種選自Al和Y的元素的非晶態(tài)次要相，-以附加相或不可避免的雜質(zhì)的形式存在于所述產(chǎn)品中的總計小于2%的其它元素，其中，碳化硅以晶粒形式存在，并且其中所述次要相是非晶態(tài)的，基本上位于碳化硅晶粒的邊界處。
【專利說明】致密碳化硅制成的產(chǎn)品

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于碳化娃（carbure de silicium)的致密產(chǎn)品，該產(chǎn)品尤其因其耐 磨性質(zhì)，特別是耐受沖擊造成的磨蝕(在本領(lǐng)域也稱為沖擊磨損）的性質(zhì)而使用。

【背景技術(shù)】
[0002] 當考慮施以磨蝕的產(chǎn)品的磨損時，在本領(lǐng)域中表現(xiàn)出滑動磨損和沖擊磨損。
[0003] 滑動磨損由封閉在環(huán)境中的磨料顆粒的切向摩擦產(chǎn)生的磨損組成。通常通過標準 ASTM G76-04的試驗以待測試樣品表面處入射的切向角來證實。
[0004] 固體顆粒撞擊造成的沖擊磨損或沖擊侵蝕磨損或侵蝕由游離磨料顆粒產(chǎn)生的磨 損組成。通常通過標準ASTM G76-04的試驗以此時大約90°的磨料顆粒的入射角來證實。
[0005] 這些應(yīng)力由此涉及和需要非常不同的產(chǎn)品性質(zhì)。
[0006] 特別地，為其良好的耐滑動磨損性使用的產(chǎn)品在需要耐沖擊磨損性的用途中不一 定同樣有效。它們因此不能(先驗地）直接用于降低沖擊磨損，反之亦然。
[0007] 已知的是，碳化硅產(chǎn)品表現(xiàn)出對沖擊磨損的良好耐受性。但是，由于經(jīng)濟的原因， 使用條件是以日益顯著的方式對所述產(chǎn)品施加應(yīng)力，特別是在其中在液體或非液體介質(zhì)中 由硬分割材料如巖石、砂礫或晶粒對所用材料施以高磨蝕的設(shè)備中。由此需要表現(xiàn)出更進 一步的耐沖擊磨損性的碳化硅產(chǎn)品。
[0008] 本發(fā)明的一個目的是滿足此類需要。
[0009] 出版物 "Mi crostructural design of sliding-w ear-resist ant liquid-phase-sintered SiC: An overview"，Borrero-Lopez 等人，Journal of the European Ceramic Society, 27 (2007)，第 3351-3357 頁，描述了通過液體狀態(tài)下的燒 結(jié)反應(yīng)使用氧化鋁釔致密化碳化硅顆粒。根據(jù)該出版物的教導(dǎo)，特別是圖1中給出的顯微 結(jié)構(gòu)的照片，在最終產(chǎn)品中，氧化物的結(jié)晶相存在于SiC晶粒之間。這表明，此類產(chǎn)品表現(xiàn) 出對滑動磨蝕的耐受性質(zhì)。在該出版物中并未提供關(guān)于此類材料的耐沖擊性的信息。
[0010] 綜述性出版物 Ceramics International, 19，第 347-351 頁（1993)描述了通過 HIP (高等靜壓）技術(shù)在最高5重量％的量的氧化物液相存在下致密化SiC產(chǎn)品的方法。 [0011] 根據(jù)該出版物的圖1中給出的數(shù)據(jù)，并且通過重新計算各材料的絕對密度的理論 值(通過考慮其組成)，有可能計算出下列的相對密度：

【權(quán)利要求】
1. 表現(xiàn)出大于97%的相對密度的燒結(jié)產(chǎn)品，所述燒結(jié)產(chǎn)品由以下成分組成： -超過92重量％的碳化娃， -0. 5重量％至8重量％的包含元素0、Si和一種或兩種選自A1和Y的元素的非晶態(tài) 次要相， -以附加相或不可避免的雜質(zhì)的形式存在于所述產(chǎn)品中的總計小于2%的其它元素， 其中，碳化硅以晶粒形式存在，并且其中所述次要相是非晶態(tài)的，基本上位于碳化硅晶 粒的邊界處。
2. 如權(quán)利要求1所要求保護的產(chǎn)品，其中晶粒的平均尺寸為小于3微米。
3. 如權(quán)利要求1或2所要求保護的產(chǎn)品，其中非晶態(tài)次要相的量為所述產(chǎn)品重量的大 于2%和/或小于7%。
4. 如前述權(quán)利要求中所要求保護的產(chǎn)品，其中非晶態(tài)次要相的量為所述產(chǎn)品重量的大 于3%和/或小于6%。
5. 如前述權(quán)利要求之一中所要求保護的產(chǎn)品，其中所述非晶態(tài)次要相包含A1和Si和 〇,特別是以鋁和硅的非晶態(tài)氧化物形式。
6. 如權(quán)利要求1至4之一中所要求保護的產(chǎn)品，其中所述非晶態(tài)次要相包含Y和Si和 〇,特別是以釔和硅的非晶態(tài)氧化物形式。
7. 如權(quán)利要求1至4之一中所要求保護的產(chǎn)品，其中所述非晶態(tài)次要相包含Y、Si、A1 和〇,特別是以鋁、釔和硅的非晶態(tài)氧化物形式。
8. 如前述權(quán)利要求之一中所要求保護的產(chǎn)品，其中其它元素的總含量為小于1%、優(yōu)選 小于0. 5%。
9. 如前述權(quán)利要求之一中所要求保護的產(chǎn)品，其中晶粒的平均尺寸為200納米至1微 米。
10. 如前述權(quán)利要求之一中所要求保護的產(chǎn)品，其中該相對密度為大于98. 5%。
11. 如前述權(quán)利要求之一中所要求保護的產(chǎn)品，其中在等于4 Mm2的表面積上的游離碳 夾雜物數(shù)量為小于2、優(yōu)選小于1、優(yōu)選等于0,所述夾雜物位于碳化硅晶粒之間。
12. 如前述權(quán)利要求之一所述的產(chǎn)品作為耐受沖擊磨損的耐磨蝕性保護部件的用途。
13. 包含如權(quán)利要求1至11之一所要求保護的產(chǎn)品的設(shè)備，選自料斗，運輸或輸送顆粒 狀或粉末狀固體的裝置，用于在干燥條件下或在潮濕介質(zhì)中進行粉碎的裝置，用于粒度選 擇的裝置，研磨珠，風(fēng)扇葉片，動態(tài)或靜態(tài)粒度分選器，噴霧或噴射噴嘴，用于懸浮液的轉(zhuǎn)子 或攪拌器，密封件，泵，旋轉(zhuǎn)軸的軸環(huán)或軸承，閥或龍頭。
14. 制造如權(quán)利要求1至11之一所要求保護的燒結(jié)產(chǎn)品的方法，包括下列連續(xù)步驟： a) 制備粉漿，其包含： _溶劑， -表面活性劑， -任選酸和/或堿， _作為基于粉漿的重量百分比，超過4%的包含碳化硅粉末和至少一種選自A1和Y的 元素的氧化物的粉末的粉末混合物，碳化硅粉末顆粒的中值粒徑為小于2 Mm，氧化物粉末 顆粒的中值粒徑小于碳化硅粉末，該氧化物粉末有可能用前體的粉末取代， b) 任選在模具中澆鑄該粉漿， C)冷凍該粉漿以形成包含由壁分隔的冰晶體的預(yù)成形坯，所述壁包含碳化硅粉末與所 述氧化物或所述氧化物的前體的粉末的混合物， d) 任選將所述冷凍的粉漿預(yù)成形坯從該模具中取出， e) 優(yōu)選通過升華從任選從模具中取出的所述冷凍粉漿預(yù)成形坯中除去冰晶體以獲得 團聚體的組件， f) 任選研磨皮碎）和/或篩分該團聚體的組件以獲得粉末， g) 通過SPS (火花等離子體燒結(jié)）燒結(jié)該粉末，在該步驟過程中進行產(chǎn)品的成形，由此 獲得本發(fā)明的產(chǎn)品。
15. 如權(quán)利要求14所要求保護的方法，其中至少一種選自A1和Y的元素的氧化物的粉 末是 YAG (Y3A15012)粉末。
16. 如權(quán)利要求14或15所要求保護的方法，其中至少一種選自A1和Y的元素的氧化 物的粉末與二氧化硅粉末或二氧化硅前體粉末混合，其中值粒徑小于碳化硅粉末。
【文檔編號】C04B35/575GK104411656SQ201380022114
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
【發(fā)明者】G.羅西凱, E.約爾熱 申請人:歐洲技術(shù)研究圣戈班中心, 法國國家科學(xué)研究中心