包括超导制品在内的复杂氧化反应产物成型方法技术

一种由两种或两种以上处于氧化状态的金属生成的复杂氧化反应产物可用下述方法制得，即将适当的母体金属置于处于氧化气氛中的含金属化合物可渗透物质的附近并将该组件加热以形成熔融的母体金属主体。该熔融金属渗入该可渗透物质，与可渗透物质和氧化气体反应而形成复杂氧化反应产物。介绍了确定所得到的制件的形状的方法。所公开的方法可用于形成超导钙钛矿型物质。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术概括地涉及象钙钛矿物体之类的复杂氧化反应产物的新的制造方法，包括成型的复杂氧化反应产物的制造方法。本专利技术可用于制造超导制品。象陶瓷那样的化合物一般可用各种方法成型。这些方法一般都包括下列步骤(1)制备粉状材料;(2)将粉状材料研磨成很细的颗粒;(3)用单向压制、等静压压制、注射模塑、带浇铸(tapecasting)和粉浆浇铸之类的方法将粉末成型，做成具有所要求的几何形状的物体(成型时要留出后加工时收缩的余量);(4)通过高温下加热该物体，使各粉末细粒熔合在一起，形成凝聚性的结构，从而使该物体致密化(加热时可以不加压力，也可施加外压，如单向压力或等静压力);(5)根据需要进行表面精整，通常是用金刚石研磨。完成表面精整作业通常是困难而昂贵的，在某些情况下，传统成型的陶瓷制品很大一部分费用是由表面精整作业的成本所造成的。本专利受让人最近发现通过合适的整体母体金属的定向氧化以使陶瓷成形的新方法。这些方法公开于1986年1月15日递交的共同未决和共同所有的美国专利申请818，943号中，该申请以MarcS.Nowirk等人的名义，题为“新型陶瓷材料及其制造方法”。该申请公开了一种制造自支承陶瓷体的新方法，该自支承陶瓷体通过一种前身熔融金属或母体金属的氧化而形成一种氧化反应产物的方法制做的。更准确地说，该方法是将母体金属加热到高于其熔点、但低于氧化反应产物熔点的温度，以形成熔融的母金属体，该母金属体在与气相氧化剂接触时发生氧化反应而形成氧化反应产物。使氧化反应产物或至少与熔融的母金属体和氧化剂相接触并分布在其间的那一部分氧化反应产物保持处于高温下，于是将熔融金属经由多晶氧化反应产物引向氧化剂，而该迁移的熔融金属与氧化剂接触时便形成氧化反应产物。随着该过程的进行，另外又有金属穿过多晶氧化反应产物而迁移，从而不断地长成交连结晶的陶瓷结构。一般，在该生成的陶瓷体中含有被抽引通过多晶物质的母体金属的非氧化组分夹杂物，该夹杂物是在陶瓷结构生长过程终止后随着陶瓷体的冷却而固化在陶瓷体中的。如该共同所有专利申请所述，所生成的新型陶瓷材料是由母金属与气相氧化剂(一种汽化的或一般为气态的能提供氧化气氛的物质)进行氧化反应而制得。在氧化反应产物是氧化物的情况下，氧或含氧的气体混合物(包括空气)是适宜的氧化剂，通常宜采用空气，这显然是由于空气更为经济。然而，该共同所有专利申请和本专利申请中所说的氧化是指广义的氧化，即指金属失去电子，将电子提供给氧化剂或与其共享电子，氧化剂可以是一种或一种以上元素和(或)化合物。因此，除了氧以外，别的元素如氮也可用作氧化剂。1986年1月17日递交的共同所有美国专利申请819，397号公开了成型复合陶瓷体的有关方法。如在该专利申请中所述，形成陶瓷复合物的方法是将一种可渗透物质或一种基本上是惰性或非活性的集料置于母金属的附近或与母金属接触，使母金属生长的氧化反应产物渗入和嵌入至少一部分填充材料中。如上所述，将该金属加热，使母金属与气相氧化剂的氧化反应持续足够的时间，以使氧化反应产物生长而穿过或渗入至少一部分填充材料，从而制得具有嵌入填充材料之中的氧化反应产物陶瓷基体的复合体，这种基体可含一种或一种以上的金属组分。1986年5月8日递交的共同所有美国专利申请流水号861，025公开了一些特别有效的方法，在那些方法中将填料成型为具有符合最终复合物产品所要求的几何形状的外形的预制型坯。该预制型坯可用传统成型陶瓷体的许多方法(如单向压制，等静压压制，粉浆浇铸，沉淀浇铸，带浇铸，注射模塑等)中的任一种方法成型，方法的选择主要取决于材料的特性。渗入前可采用部分烧结的方法，或采用各种不会干涉反应过程或不会使所得物质含有不希望有的副产物的有机或无机粘合物质，使颗粒初步粘合。制得的预制型坯应具有足够的形状完整性和生坯强度，应可让氧化反应产物长入其中，其孔隙率宜为5～90%(体积)左右，最好为25～75%(体积)左右。也可使用几种填料和几种筛目大小的混合物。然后使该预制型坯的一个或一个以上表面与熔融的母金属接触一段时间，该时间要足以使氧化反应产物完成生长并渗入预制型坯的表面界面。1986年5月8日递交的共同所有美国专利申请861，024号公开了一种屏障剂，它可与填料或预制型坯一起使用，以阻止氧化反应产物生长到屏障之外。具备下列条件的任何材料、化合物、元素、组合物等均可用作屏障剂它们必须不仅能局部阻止、抑制、中止、干扰、防止氧化反应产物的不断生长，而且能在本专利技术的方法的工艺条件下保持一定的完整性，不会挥发，而且最好可被气相氧化剂渗透。当母金属为铝、氧化剂为氧时，适用的屏障剂有硫酸钙(熟石膏)、硅酸钙、波特兰水泥及其混合物，它们通常以料浆或糊剂的形式用于填料物质的表面。这些屏障剂还可包含适当的会在受热时消除的可燃物质或挥发物质，或包含一种受热分解的物质，以提高屏障剂的孔隙率和渗透性。而且屏障剂还可包含适当的耐火的细粒，以减少制造过程中可能发生的收缩或开裂。最好这种耐火细粒的热膨胀系数与填料床或预制型坯的大体上相同。例如，如果预制型坯含氧化铝且所生成的陶瓷含氧化铝，屏障剂可与氧化铝细粒混合，该细粒的筛目大小最好为20～1000左右，也可以更细。其它适用的屏障剂有耐火陶瓷或至少一端是开口的金属套，以使气相氧化剂能渗透床层并接触熔融的母金属。由于使用预制型坯，特别是预制型坯与屏障剂一起使用，能获得最后的形状，从而使昂贵的最后机加工、研磨或表面精整工序减少到最低程度或得以避免。1986年1月27日提出的共同所有美国专利申请823，542号和1986年8月13日提出的美国专利申请896，157号公开了其大小和厚度均难以或不可能用以前已有的技术复制的含空腔陶瓷体的可靠制造方法。简单地说，该两份专利申请中所述的专利技术包括将成型的母金属前身嵌入适合的填料中并渗入填料，该填料具有通过母金属的氧化以形成所述母金属与氧化剂(还可与一种或一种以上的金属组分)进行氧化反应所生成的多晶氧化反应产物而获得的陶瓷基体。更详细地说，实施该专利技术时，先将母金属成型，以提供型模，然后将其埋入与其相适合的填料中或在其周围放置填料，该填料反复制成型的母金属的几何形状。在该方法中，(1)当氧化剂采用气相氧化剂时填料应可被氧化剂渗透，而且不管在什么情况下填料都应可被不断产生的氧化反应产物渗入;(2)在加热的温度范围内填料要足以适应填料与母金属的热膨胀的差异和金属可能有的熔点体积变化;(3)需要时，至少在包裹型模的支承区内填料本身是自粘着的，从而使该填料的内聚强度足以在下面所述的母金属发生迁移时仍能使床座保持住所反复制下来的几何形状。将被围住或埋入的成型的母金属加热到高于其熔点但低于氧化反应产物熔点的温度范围以形成熔融母金属。使熔融母金属与氧化剂在该温度范围内反应以形成氧化反应产物。使至少一部分该氧化反应产物保持在该温度范围，并处于熔融金属体与氧化剂之间，保持与二者接触，从而从熔融金属体经由氧化反应产物不断地抽引熔融的金属，同时随着填料床座内在氧化剂与以前形成的氧化反应产物的界面上不断形成氧化反应产物而形成空腔。使该反应在该温度区进行一段时间，足以使至少一部分氧化反应产物通过其生长而嵌入填料中，从而形成具有上述空腔的复合体。最后，如果还有多余的填料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造两种或两种以上处于氧化状态的金属复杂氧化反应产物的方法，该方法包括：（ａ）将含有一种上述金属的母金属源置于含金属化合物可渗透物质附近（该含金属的化合物的金属组分是上述另一种金属，该含金属化合物能在下面的（ｂ）步骤中与母金属反应而 生成上述复杂氧化反应产物），并将上述母金属源与可渗透物质取向排列，以使复杂氧化反应产物能朝着可渗透物质的方向生成并长入所说的可渗透物质，（ｂ）在气相氧化剂的存在下将该母金属源加热到高于其熔点的温度以形成熔融母金属体，使熔融金属能渗入该可 渗透物质并与上述气相氧化剂和上述含金属化合物反应，以生成所述的复杂氧化反应产物，而并不会将所述的含金属化合物中的金属组分还原成元素金属，而且不断地使熔融母金属源经由复杂氧化反应产物引向所述的气相氧化剂，引向并进入附近的可渗透物质，使氧化反应产物不断在可渗透物质内形成，（ｃ）收回所生成的复杂氧化反应产物。

【技术特征摘要】
US 1987-7-6 069.731;US 1987-11-12 119.7601.一种制造两种或两种以上处于氧化状态的金属复杂氧化反应产物的方法，该方法包括(a)将含有一种上述金属的母金属源置于含金属化合物可渗透物质附近(该含金属的化合物的金属组分是上述另一种金属，该含金属化合物能在下面的(b)步骤中与母金属反应而生成上述复杂氧化反应产物)，并将上述母金属源与可渗透物质取向排列，以使复杂氧化反应产物能朝着可渗透物质的方向生成并长入所说的可渗透物质，(b)在气相氧化剂的存在下将该母金属源加热到高于其熔点的温度以形成熔融母金属体，使熔融金属能渗入该可渗透物质并与上述气相氧化剂和上述含金属化合物反应，以生成所述的复杂氧化反应产物，而并不会将所述的含金属化合物中的金属组分还原成元素金属，而且不断地使熔融母金属源经由复杂氧化反应产物引向所述的气相氧化剂，引向并进入附近的可渗透物质，使氧化反应产物不断在可渗透物质内形成，(c)收回所生成的复杂氧化反应产物。2.权利要求1的方法，其中所述的复杂氧化反应产物为一种复杂氧化物，所述的气相氧化剂为含氧气体。3.权利要求2的方法，其中所述的复杂氧化物为钙钛矿型物质或改性的钙钛矿型物质。4.权利要求2或3的方法，其中所述的母金属源是一种选自铜和铝的金属。5.权利要求2或3的方法，其中所述的母金属源是铜。6.权利要求2或3的方法，其中所述的含金属化合物系选自氧化镧、氧化钇、氧化钡及其混合物。7.权利要求1、2或3中任一权利要求的方法，其中所述的含金属化合物包括至少一种活性金属氧化物和至少一种稀土金属氧化物，且其中所述的复杂氧化反应产物包含所述的母金属源、活性金属和稀土金属的一种氧化物。8.权利要求7的方法，其中所述的活性金属氧化物包含一种或一种以上碱土金属氧化物。9.权利要求7的方法，其中所述的至少一种稀土金属氧化物包含氧化钇，其中所述的活性金属氧化物包括一种钡的氧化物，其中所述的复杂氧化反应产物包含所述的母金属源、钇和钡的一种氧化物。10.权利要求1、2或3中任一权利要求的方法，其中在所述的可渗透物质中引入了一种替代的金属元素，它是以该元素的化合物的形式引入的。11.权利要求10的方法，其中所述的替代的非金属元素为氟。12.权利要求1、2或3中任一权利要求的方法，其中在所述的可渗透物质中引入一种惰性填料。13.权利要求1、2或3中任一权利要求的方法，其中所述的母金属源含有一种贵金属。14.权利要求13的方法，其中所述的贵金属为银或金。15.权利要求7的方法，其中所述的至少一种稀土金属氧化物是氧化镧，其中所述的活性金属氧化物是一种钡的氧化物，其中所述的复杂氧化反应产物由一种所述的母金属源、镧和钡的一种氧化物组成。16.权利要求2或3的方法，其中含金属化合物由至少一种稀土金属的氧化物。17.权利要求1、2或3的方法，其中所述的可渗透物质为具有预先确定形状的预制型坯，其中所述的渗入该预制型坯并在型坯内进行的反应产生具有所述的预制型坯形状的氧化反应产物。18.权利要求1的方法，包括用一种屏障剂限定所述的可渗透物质的表面边界并使所述的渗入和反应继续进行到所述的屏障剂处为止。19.权利要求17的方法，包括用一种透气的屏障剂限定所述的可渗透物质的表面边界并使所述的渗入和反应继续进行到所述的屏障剂处为止。20.权利要求1、2或3的方法，其中所述的母金属源是有一定形状的用作模型，而所述的可渗透物质则与该模型贴合，这样在发生所述的渗入和反应时，该模型便被所述的氧化反应产物反复制。21.权利要求1的方法，其中所述的母金属由铜组成，其中所述的复杂氧化反应产物为钙钛矿型物质或改性钙钛矿型物质，其中所述的复杂氧化反应产物具有超导性能。22.权利要求21的方法，其中所述的含金属化合物系选自氧化镧、氧化钇、氧化钡及其混合物。23.权利要求21的方法，其中所述的含金属化合物包含至少一种活性金属氧化物和至少一种稀土金属氧化物，其中所述的复杂氧化反应产物包含所述的铜、活性金属和稀土金属的一种氧化物。24.权利要求23的方法，其中所述的活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特安东尼拉普，艾伦斯克特内格尔博格，安德鲁威拉德厄特，马克斯蒂文斯约柯克，
申请(专利权)人：兰克西敦技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]