生產金屬和陶瓷燒結體和涂層的方法技術

應用如下的組合生產金屬和陶瓷燒結體和涂層： （ａ）毫微結晶體金屬或陶瓷粉末，其中偏離平均粒徑４０％以上的單個顆粒少于１％，沒有偏離平均粒徑６０％以上的單個顆粒，和 （ｂ）至少一種低分子量有機化合物，它具有至少一個可與粉末顆粒表面上的基團反應和／或相互作用的官能團， 物料（ａ）和（ｂ）分散于作為分散介質的水和／或極性有機溶劑中。（*該技術在2014年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術提供應用表面改性的毫微米大小金屬或陶瓷顆粒的懸浮液由金屬或陶瓷粉末生產燒結體或涂層的方法。所謂“毫微顆粒”是如下定義的顆粒(包括粉末)，其平均大小不大于100nm，特別是不大于50nm，最好不大于30nm?！昂廖⒎稚⑽铩笔侵阜稚⒂谳d體介質中的毫微級顆粒，所說的載體介質可以是粘合劑并可包括分散助劑。在毫微分散物的加工中有如下兩個問題(a)在這些物料的加工中顆粒凝聚的調整，和(b)高固體物含量的可加工陶瓷物料的生產。關于問題(a)，在從亞微米級向毫微級粉末過渡時，凝聚作用的增加是明顯的。這是由于隨著顆粒大小降低，弱的相互作用力如范德華力的重要性增加甚至占支配地位。另外，顆粒表面總是被官能團占據，就是說，這些官能團是會發生縮合(凝聚)作用的。在常規的亞微米級顆粒中，這些官能團僅僅重要到這樣程度，即它們可被用作所需的有機加工助劑(分散助劑、粘合劑等)相互作用中心。不過，由于毫微分散物的表面積對體積之比很大，從另一觀點講，表面官能團也有大的重要性。一方面，它們類似地起到有機加工助劑的反應中心的作用;另一方面，作為單個的顆粒間縮合(凝聚)反應的結果，它們也可導致硬凝聚體的形成。然后通過所謂的燒結橋把顆粒彼此連接在一起。因此，需要開發可以某種方式控制凝聚的方法，從而得到以調節的方式凝聚的粉末。另外，用這樣的方法，反應表面可被向外屏蔽并因此可阻止顆粒間的凝聚(縮合)。關于上面所說的問題(b)，值得注意的是，具有高固體含量和適應成形加工的加工性質的陶瓷化合物的生產有著嚴重的困難。為了避免會導致生坯和燒結體嚴重缺陷的凝聚物，一般以懸浮液形式使用這些物料。為了懸浮液的穩定，一般加入分散助劑。分散助劑具有阻止凝聚的作用并提供具有必要加工性質的懸浮液。為了懸浮液的穩定，一般有兩種主要方法，即靜電穩定和立體穩定。靜電穩定有如下的缺點，由于懸浮的毫微級顆粒的水力學半徑較大，只有低的固體含量是可行的。立體穩定則不同，由于水力學顆粒半徑小得多，從毫微級物料生產具有高固體含量的懸浮液原則上是可能的。立體穩定的優點可參考SiO2的實例而指明。在此情形下，一般使用非離子有機聚合物(例如聚甲基丙烯酸甲酯)作為分散助劑，它被吸附于顆粒表面。這類穩定作用的缺點是，在此情形中最高僅僅約20-30%(體積)的固體含量是可行的，并且只能將它應用于不同于SiO2的物料體系，并有諸多限制。這特別是因為通常不能考慮到一種物料特有的表面化學性質(例如酸/堿性)。因此，希望提供一種方法，它能通過適宜的化合物使顆粒表面改性，于是得到最佳的分散程度和高固體含量的分散液。例如，氮化鈦(TiN)屬于硬質的金屬物質并具有立方晶體結構。由于高比例的共價鍵，TiN具有高熔點，高硬度和好的抗氧化和抗腐蝕性。這些性質正是把TiN用作金屬磨損保護涂層和作為多相陶瓷中例如Al2O3/TiN或Si3N4/TiN的組分之一的原因。目前，通過氣相法生產出了純的TiN涂層或混合有TiC的TiN涂層。這些包括CVD(化學汽相淀積法)和PVD(物理汽相淀積法)。相應的設備和工業生產工藝的部件是市場上可買到的。這些涂層在以下場合使用-在磨擦和摩擦應用中金屬的磨損保護，-用于切削、鉆孔和銑削刀具，提高機加工能力，-化學反應器的防腐涂層，-表殼和珠寶的涂層。由例如CVD和PVD法生產的TiN涂層的缺點是對基材的粘著力不足，致使涂層常常剝落和所涂的刀具過早變得不合用?？捎玫幕氖歉吣蜔峤饘伲操|金屬例如WC/Co或其它的陶瓷刀片。毫微結晶體(毫微米級晶體)、陶瓷粉末如TiN，TiC，SiC的另一應用是在復合陶瓷例如Al2O3/TiC或Si3N4/TiN中的應用。這樣的粉末加到基體材料中可改進其機械性質，例如硬度、韌性或抗壓強度。以類似的方法，整塊的陶瓷和由粉末冶金法生產的金屬材料的機械性質可通過應用毫微法結晶體粉末而大大改進。例如，由于其高共價鍵特性，純的TiN僅有很低的燒結活性。因此，壓實成型時通常需要使用燒結添加劑。在最簡單的情況下，這可以是在水存在下在空氣中在TiN表面上形成的TiO2。例如，已報道，平均粒徑0.1μm的TiN粉末可以在不加壓和約1500℃燒結至相對密度95%。這一燒結特性歸因于擴散機制的活動化，導致位于TiN顆粒表面上TiO2的分解而壓實。許多出版物涉及在加壓和/或燒結添加劑存在下TiN的燒結。d50值為1μm的TiN粉末在2100℃溫度和14MPa的燒結壓力進行熱壓，僅僅達到TiN理論密度93%的密度，見M.Morijama等人的“Mechanical and Electrical Properties of Hot-Pressed TiN-Ceramic without Additives”，J.Jap.Ceram.Soc.，22(1991)，pp275-281。在M.Morijama等人的“The Mechanieal properties of Hot-Pressed TiN Ceramics with Various Additives”，J.Jap.Ceram.Soc.，101(1993)，pp271-276中，敘述了熱壓時在燒結添加劑存在下，TiN的壓實特性。已報道，Al2O3，Y2O3和B4C總量為10%(重量)的樣品，于1950℃和14MPa熱壓后，產生理論值的97%左右的密度，于1800℃和5.0GPa熱壓后，壓實到95%。本專利技術的目的是提供一種，致使能夠調節顆粒凝聚作用和使用有足夠高的固體含量的顆粒懸浮液，并可在較低的燒結溫度進行。本專利技術通過一種生產金屬和陶瓷燒結體或涂層的方法達到了目的，其特征是將其中偏離平均粒徑40%以上的單個顆粒少于1%和沒有偏離平均粒徑60%以上的單個顆粒的毫微結晶體金屬或陶瓷粉末，在可與粉末顆粒表面的官能團反應和/或相互作用的、有至少一個官能團的至少一種低分子量有化合物存在下，分散于作為分散介質的水和/或極性有機溶劑中，將該分散介質除去，并且將在除去分散介質之前或之后加工成形為生坯或涂層的表面改性的金屬或陶瓷粉末進行燒結。按照本專利技術的方法，能夠調節毫微級金屬和陶瓷粉末的凝聚作用，其結果，具有高固體含量的這種顆粒的分散體可通過滿意的方式生產出來。適合于本專利技術方法的原料具體是原顆粒大小最好小于100nm的毫微結晶體金屬或陶瓷粉末。這種粉末以高凝聚態提供。特別優選的金屬和陶瓷粉末公開于德國專利申請P4214719.0，P4214722.0，P4214729.9，P4214724.7和P4214725.5中。作為德國專利申請P4214719.0所述方法的應用，用德國專利申請P4214725.5提供的CVR設備，這些粉末可由該CVR方法得到。這些專利申請的內容合并于本申請中作參考。相應的申請文本編為附錄A(719.0)，B(122.0)，C(724.7)，D(725.5)，E(729.9)提供。德國專利申請P4214719.0(美國申請號為08/050，590)公開了由相應的金屬化合物和相應的共反應劑在氣相-CRV-中反應，生產細顆粒狀金屬和/或陶瓷粉末的方法，在反應器中和氣相中使該金屬化合物和另外的共反應劑發生反應，在排除任何器壁反應情況下從氣相中直接地均勻地凝聚出來，接著從反應介質中分離出來。該方法的特征是，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
生產金屬和陶瓷燒結體或涂層的方法，其中包括：（ａ）毫微級陶瓷或金屬粉末顆粒，其中偏離平均粒徑４０％以上的單個顆粒少于１％，基本上沒有偏離平均粒徑６０％以上的單個顆粒，和（ｂ）至少一種具有至少一個能與粉末顆粒表面的基團反應和／或相互作 用的官能團的低分子量有機化合物，將物料（ａ）和（ｂ）分散于作為分散介質的水和／或極性有機溶劑中，該方法還包括，移除該分散介質，在移除該分散介質之前或之后將表面改性的陶瓷或金屬粉末成形為生坯或涂層，以及燒結這些生坯或涂層。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：H施米特，R納斯，M阿斯蘭，S阿爾貝拉克，E阿帕克，T柯尼格，D菲斯特，
申請(專利權)人：盧迪格那斯，
類型：發明
國別省市：DE[德國]