致密碳化硅制成的产品的制作方法
【专利摘要】本发明涉及表现出大于97%的相对密度的烧结产品，所述烧结产品由以下成分组成：-超过92重量%的碳化硅，-0.5重量%至8重量%的包含元素O、Si和一种或两种选自Al和Y的元素的非晶态次要相，-以附加相或不可避免的杂质的形式存在于所述产品中的总计小于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态的，基本上位于碳化硅晶粒的边界处。
【专利说明】致密碳化硅制成的产品
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于碳化娃（carbure de silicium)的致密产品，该产品尤其因其耐 磨性质，特别是耐受冲击造成的磨蚀(在本领域也称为冲击磨损）的性质而使用。
【背景技术】
[0002] 当考虑施以磨蚀的产品的磨损时，在本领域中表现出滑动磨损和冲击磨损。
[0003] 滑动磨损由封闭在环境中的磨料颗粒的切向摩擦产生的磨损组成。通常通过标准 ASTM G76-04的试验以待测试样品表面处入射的切向角来证实。
[0004] 固体颗粒撞击造成的冲击磨损或冲击侵蚀磨损或侵蚀由游离磨料颗粒产生的磨 损组成。通常通过标准ASTM G76-04的试验以此时大约90°的磨料颗粒的入射角来证实。
[0005] 这些应力由此涉及和需要非常不同的产品性质。
[0006] 特别地，为其良好的耐滑动磨损性使用的产品在需要耐冲击磨损性的用途中不一 定同样有效。它们因此不能(先验地）直接用于降低冲击磨损，反之亦然。
[0007] 已知的是，碳化硅产品表现出对冲击磨损的良好耐受性。但是，由于经济的原因， 使用条件是以日益显著的方式对所述产品施加应力，特别是在其中在液体或非液体介质中 由硬分割材料如岩石、砂砾或晶粒对所用材料施以高磨蚀的设备中。由此需要表现出更进 一步的耐冲击磨损性的碳化硅产品。
[0008] 本发明的一个目的是满足此类需要。
[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 页，描述了通过液体状态下的烧 结反应使用氧化铝钇致密化碳化硅颗粒。根据该出版物的教导，特别是图1中给出的显微 结构的照片，在最终产品中，氧化物的结晶相存在于SiC晶粒之间。这表明，此类产品表现 出对滑动磨蚀的耐受性质。在该出版物中并未提供关于此类材料的耐冲击性的信息。
[0010] 综述性出版物 Ceramics International, 19，第 347-351 页（1993)描述了通过 HIP (高等静压）技术在最高5重量％的量的氧化物液相存在下致密化SiC产品的方法。 [0011] 根据该出版物的图1中给出的数据，并且通过重新计算各材料的绝对密度的理论 值(通过考虑其组成)，有可能计算出下列的相对密度：
【权利要求】
1. 表现出大于97%的相对密度的烧结产品，所述烧结产品由以下成分组成： -超过92重量％的碳化娃， -0. 5重量％至8重量％的包含元素0、Si和一种或两种选自A1和Y的元素的非晶态 次要相， -以附加相或不可避免的杂质的形式存在于所述产品中的总计小于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态的，基本上位于碳化硅晶 粒的边界处。
2. 如权利要求1所要求保护的产品，其中晶粒的平均尺寸为小于3微米。
3. 如权利要求1或2所要求保护的产品，其中非晶态次要相的量为所述产品重量的大 于2%和/或小于7%。
4. 如前述权利要求中所要求保护的产品，其中非晶态次要相的量为所述产品重量的大 于3%和/或小于6%。
5. 如前述权利要求之一中所要求保护的产品，其中所述非晶态次要相包含A1和Si和 〇,特别是以铝和硅的非晶态氧化物形式。
6. 如权利要求1至4之一中所要求保护的产品，其中所述非晶态次要相包含Y和Si和 〇,特别是以钇和硅的非晶态氧化物形式。
7. 如权利要求1至4之一中所要求保护的产品，其中所述非晶态次要相包含Y、Si、A1 和〇,特别是以铝、钇和硅的非晶态氧化物形式。
8. 如前述权利要求之一中所要求保护的产品，其中其它元素的总含量为小于1%、优选 小于0. 5%。
9. 如前述权利要求之一中所要求保护的产品，其中晶粒的平均尺寸为200纳米至1微 米。
10. 如前述权利要求之一中所要求保护的产品，其中该相对密度为大于98. 5%。
11. 如前述权利要求之一中所要求保护的产品，其中在等于4 Mm2的表面积上的游离碳 夹杂物数量为小于2、优选小于1、优选等于0,所述夹杂物位于碳化硅晶粒之间。
12. 如前述权利要求之一所述的产品作为耐受冲击磨损的耐磨蚀性保护部件的用途。
13. 包含如权利要求1至11之一所要求保护的产品的设备，选自料斗，运输或输送颗粒 状或粉末状固体的装置，用于在干燥条件下或在潮湿介质中进行粉碎的装置，用于粒度选 择的装置，研磨珠，风扇叶片，动态或静态粒度分选器，喷雾或喷射喷嘴，用于悬浮液的转子 或搅拌器，密封件，泵，旋转轴的轴环或轴承，阀或龙头。
14. 制造如权利要求1至11之一所要求保护的烧结产品的方法，包括下列连续步骤： a) 制备粉浆，其包含： _溶剂， -表面活性剂， -任选酸和/或碱， _作为基于粉浆的重量百分比，超过4%的包含碳化硅粉末和至少一种选自A1和Y的 元素的氧化物的粉末的粉末混合物，碳化硅粉末颗粒的中值粒径为小于2 Mm，氧化物粉末 颗粒的中值粒径小于碳化硅粉末，该氧化物粉末有可能用前体的粉末取代， b) 任选在模具中浇铸该粉浆， C)冷冻该粉浆以形成包含由壁分隔的冰晶体的预成形坯，所述壁包含碳化硅粉末与所 述氧化物或所述氧化物的前体的粉末的混合物， d) 任选将所述冷冻的粉浆预成形坯从该模具中取出， e) 优选通过升华从任选从模具中取出的所述冷冻粉浆预成形坯中除去冰晶体以获得 团聚体的组件， f) 任选研磨皮碎）和/或筛分该团聚体的组件以获得粉末， g) 通过SPS (火花等离子体烧结）烧结该粉末，在该步骤过程中进行产品的成形，由此 获得本发明的产品。
15. 如权利要求14所要求保护的方法，其中至少一种选自A1和Y的元素的氧化物的粉 末是 YAG (Y3A15012)粉末。
16. 如权利要求14或15所要求保护的方法，其中至少一种选自A1和Y的元素的氧化 物的粉末与二氧化硅粉末或二氧化硅前体粉末混合，其中值粒径小于碳化硅粉末。
【文档编号】C04B35/575GK104411656SQ201380022114
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年4月15日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】G.罗西凯, E.约尔热 申请人:欧洲技术研究圣戈班中心, 法国国家科学研究中心