包括碳化硅的陶瓷本体及其形成方法

包括碳化硅的陶瓷本体及其形成方法
【专利摘要】本发明公开了形成陶瓷本体的方法，包括形成至少由如下物质制成的混合物：具有第一平均粒度(PS1)的包括碳的第一粉末材料(PM1)、包括碳且不同于所述第一粉末材料的第二粉末材料(PM2)，所述第二粉末材料具有比所述第一平均粒度(PS1)小的第二平均粒度(PS2)以及比所述第一粉末材料的铝含量(AC1)大的铝含量(AC2)，所述方法进一步包括由所述混合物形成生坯、以及烧结所述生坯和形成陶瓷本体，所述陶瓷本体具有拥有不大于所述第一平均粒度(PS1)的约8倍的平均晶粒尺寸的第一类型的晶粒。
【专利说明】包括碳化硅的陶瓷本体及其形成方法

【技术领域】
[0001] 下文涉及陶瓷制品，具体地，涉及包括碳化硅的陶瓷制品。

【背景技术】
[0002] 多种复合材料是可商购得到的，包括某些引入了碳化硅的陶瓷复合材料本体。基 于碳化硅的陶瓷材料由于它们的耐火性质和机械性质已被用在许多应用中。在可得到的基 于碳化硅的陶瓷的类型之中，基于具体的形成过程，存在多种类型，包括例如，烧结碳化硅、 热压碳化硅和重结晶碳化硅。所述多种类型的碳化硅本体各自可具有不同的特征。例如， 烧结碳化硅（例如HexoIoyM)可为非常致密的材料，但通常是昂贵的且生产起来复杂。另 一方面，更加成本有效但相对多孔的碳化硅材料例如氮化物结合碳化硅（通过首字母缩略 词例如NBSC和NSIC已知）已在耐火应用中找到实际应用。这样的耐火组分包括在烧制操 作期间与保持或支持工件一起利用的炉子或窑具、以及耐火衬里材料。氮化物结合碳化硅 倾向于为比较多孔的材料，时常具有在约10-约15体积％范围内的孔隙率。
[0003] 考虑到基于碳化硅的材料的技术发展水平，在本领域中存在对于改善的复合材料 的需要。


【发明内容】

[0004] 根据一个方面，形成陶瓷本体的方法可包括形成具有如下物质的混合物：具有第 一平均粒度（PSl)的包括碳的第一粉末材料（PMl)、和包括碳且不同于所述第一粉末材料 的第二粉末材料（PM2)，其中所述第二粉末材料可具有比所述第一平均粒度（PSl)小的第 二平均粒度（PS2)，且其中所述第二粉末材料可具有比所述第一粉末材料的铝含量（ACl) 大的铝含量（AC2)。所述方法还可包括由所述混合物形成生坯以及烧结所述生坯和形成陶 瓷本体。所述陶瓷本体可具有拥有不大于所述第一平均粒度（PSl)的约8倍的平均晶粒尺 寸的第一类型的晶粒。

【专利附图】

【附图说明】
[0005] 通过参考附图，可更好地理解本公开内容，且使其许多特征和优点对本领域技术 人员是明晰的。
[0006] 图1是根据一个实施例的陶瓷本体的一部分的光学显微镜图像。
[0007] 图2是根据对比例的陶瓷本体的一部分的光学显微镜图像。
[0008] 不同的附图中相同的标记符号的使用标示类似或相同的项目。

【具体实施方式】
[0009] 提供结合附图的下列描述以帮助理解本文中公开的教导。下列讨论将聚焦于所述 教导的具体实施和实施例。提供该焦点以帮助描述所述教导且不应被解释为对所述教导的 范围或适用性的限制。
[0010] 如本文中所使用的，术语"包括（comprises) "、"包括（comprising) "、 "includes(包括）"、"包括（including) "、"具有（has)"、"具有（having)" 或其任何另外 的变型意图覆盖非排他性包含物。例如，包括一系列特征的过程、方法、制品或装置没必要 仅局限于那些特征，而是可以包括未明确列出的另外的特征或这种过程、方法、制品或装置 所固有的另外的特征。此外，除非相反地明确声明，否则"或"是指包括性的或，而不是指排 他性的或。例如，下列中的任意一种满足条件A或B:A是真的（或存在）且B是假的（或 不存在），A是假的（或不存在）且B是真的（或存在），以及A和B两者都是真的（或存 在）。
[0011] "一个"或"一种"被用于描述本文中所描述的要素和部件。这样做仅仅是为了方 便起见并且给出本发明范围的大体意义。本说明书应被阅读成包括一个（种）或至少一个 (种）并且单数也包括复数，或者反之亦然，除非明显其有另外的意思。
[0012] 除非另外定义，在本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普 通技术人员通常理解的相同的含义。材料、方法和实例仅是说明性的且不意图为限制性的。 到本文中未描述的程度，关于具体的材料和处理行为的许多细节是常规的且可在碳化硅和 耐火材料领域内的教科书和另外的来源中找到。
[0013] 下文涉及包括碳的陶瓷本体（包括例如碳化硅陶瓷本体）以及形成这样的制品的 方法。本文中描述的陶瓷本体可适于用在多种应用（capacity)中，包括例如装甲应用，更 特别地，意图挫败各种基于射弹的威胁的防弹衣和/或汽车装甲系统。
[0014] 形成所述陶瓷制品的方法可通过形成混合物开始。所述混合物可包括粉末组分的 组合。根据一个实施例，所述混合物可为干的混合物或湿的混合物。在具体情况中，所述混 合物可为包括液体载体的湿的混合物，所述液体载体可为有机材料，更特别地，为水基材料 (例如，水或去离子水）。
[0015] 所述混合物可包括适合用于在最终形成的复合材料制品中产生多种结晶相的原 材料。例如，可向所述混合物添加包括碳的第一粉末材料（PMl)。所述第一粉末材料可为基 于碳的材料，使得其具有多数含量的碳组成，例如碳化物。在一个具体实例中，所述第一粉 末材料可包括碳化娃，甚至更特别地，可基本上由碳化娃组成。
[0016] 所述第一粉末材料可具有不大于约10微米的第一平均粒度（PSl)，第一平均粒度 (PSl)可通常被指定为D50值。在另外的情况中，所述第一平均粒度可更小，例如不大于约 8微米、不大于约6微米、不大于约4微米、不大于约3微米、或甚至不大于约2微米。在还 一非限制性实施例中，所述第一粉末材料可具有为至少约〇. 1微米，例如至少约〇. 2微米、 至少约0. 3微米、至少约0. 4微米、至少约0. 5微米、至少约0. 6微米、至少约0. 7微米、至 少约0. 8微米、或甚至至少约0. 9微米的第一平均粒度。将理解，所述第一平均粒度可在以 上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0017] 所述第一粉末材料还可被选择成具有特定的比表面积以促进所述陶瓷本体的形 成。例如，所述第一粉末材料可具有不大于约13m2/g的第一比表面积（SSAl)。在另外的情 况中，所述第一比表面积可更小，例如不大于约llm2/g、不大于约10m2/g、不大于约9m2/g、 不大于约8m2/g、或甚至不大于约7m2/g。在还一非限制性实施例中，所述第一比表面积可为 至少约lm2/g，例如至少约2m2/g、至少约3m2/g、或甚至至少约4m2/g。将理解，所述第一比表 面积可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0018] 所述第一粉末材料可为特别纯的，具有非常小的含量的某些物质。例如，所述第一 粉末材料可基本上不含金属性硅、氧化物、氮化物、硼化物、及其组合。此外，根据一个实施 例，所述第一粉末材料可具有可促进本文中的陶瓷制品的形成的特定的铝含量。在一种情 况中，所述第一粉末材料可具有小于约800ppm，例如小于约700ppm、小于约600ppm、小于约 500ppm、小于约400ppm的错含量。还有，在一个非限制性实施例中，所述第一粉末材料可具 有为至少约lOppm，例如至少约50ppm、至少约lOOppm、或甚至至少约200ppm的错含量。将 理解，所述第一粉末材料的铝含量可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0019] 所述第一粉末材料可具有相当低含量的硼，例如小于约200ppm，例如小于约 lOOppm、小于约50ppm、或甚至小于约lOppm。
[0020] 另外，在至少一个实施例中，所述第一粉末材料可具有特定的铁含量，包括例如， 至少约50ppm、至少约lOOppm、或甚至至少约200ppm。还有，所述第一粉末材料内的铁含量 可不大于约500ppm，例如不大于约400ppm、不大于约300ppm、或甚至不大于约280ppm。将 理解，所述第一粉末材料的铁含量可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0021] 在还一实施例中，所述第一粉末材料可具有特定的钛含量，包括例如，至少约 50ppm、至少约80ppm、或甚至至少约lOOpprn。还有，所述第一粉末材料内的钛含量可不大于 约500ppm，例如不大于约400ppm、不大于约300ppm、或甚至不大于约200ppm。将理解，所述 第一粉末材料的钛含量可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0022] 此外，所述第一粉末材料可具有特定的游离碳含量，包括例如，不大于约5000ppm， 例如不大于约4000ppm、不大于约3000ppm、或甚至不大于约2500ppm。还有，所述第一粉末 材料内的游离碳含量可为至少约500ppm、至少约800ppm、或甚至至少约lOOOppm。将理解， 所述第一粉末材料的游离碳含量可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0023] 根据一种配方，所述混合物可具有特定含量的所述第一粉末材料以促进所述陶瓷 制品的形成。根据一个实施例的所述第一粉末材料的合适含量为相对于所述混合物的总重 量的至少约10重量％。在另外的情况中，所述混合物中的所述第一粉末材料的量可更大， 例如为至少约15重量％、至少约20重量％、至少约30重量％、至少约40重量％、至少约45 重量％、至少约50重量％、至少约53重量％、或甚至至少约55重量％。在又一非限制性实 施例中，所述混合物中的所述第一粉末材料的含量可不大于约90重量％，例如不大于约80 重量％、不大于约70重量％、不大于约68重量％、不大于约65重量％、不大于约62重量％、 不大于约59重量％。将理解，所述混合物内的所述第一粉末材料的含量可在以上最小和最 大百分数中的任意之间的范围内。
[0024] 所述混合物可进一步包括不同于所述第一粉末材料的第二粉末材料（PM2)。所述 第二粉末材料可为基于碳的材料，使得多数含量的所述第二粉末材料具有碳组成。合适的 示例性碳组成可包括碳化物。在一个具体实例中，所述第二粉末材料可包括碳化硅，甚至更 特别地，可基本上由碳化硅组成。在一个具体实施例中，所述第二粉末材料可基本上由黑碳 化娃（siliconcarbideblack)组成。
[0025] 所述第二粉末材料可具有可通常指定为D50值且适合用于促进根据本文中的一 个实施例的陶瓷制品的形成的第二平均粒度（PS2)。例如，所述第二粉末材料可具有不大于 约8微米的第二平均粒度。在另外的情况中，所述第二平均粒度可更小，例如不大于约6微 米、不大于约4微米、不大于约2微米、不大于约1微米、或甚至不大于约0. 9微米。在还一 非限制性实施例中，所述第二粉末材料可具有为至少约0. 2微米、至少约0. 3微米、至少约 0. 4微米、至少约0. 5微米、至少约0. 6微米、或甚至至少约0. 7微米的第二平均粒度。将理 解，所述第二平均粒度可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0026] 所述第二粉末材料还可选择成具有特定的比表面积以促进所述陶瓷本体的形成。 例如，所述第二粉末材料可具有第二比表面积（SSA2)，所述第二比表面积（SSA2)可为至少 约6m2/g。在另外的情况中，所述第二比表面积可为至少约8m2/g，例如至少约10m2/g、至少 约12m2/g、至少约14m2/g。在还一非限制性实施例中，所述第二比表面积可不大于约30m2/ g、不大于约25m2/g、不大于约20m2/g、或甚至不大于约18m2/g。将理解，所述第二比表面积 可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0027] 所述第二粉末材料可具有特定的组成，包括例如，相对不含某些元素或组成，包括 例如，基本上不含金属性硅、氧化物、氮化物、硼化物、及其组合。此外，根据一个实施例，所 述第二粉末材料可具有可促进本文中的陶瓷制品的形成的特定的铝含量。例如，所述第二 粉末材料中的铝含量可大于所述第一粉末材料中的铝含量。在某些情况中，所述第二粉 末材料可具有为至少约900卩卩111，例如至少约1000卩卩111、至少约1100卩卩111、至少约1200卩卩111、至 少约1300ppm、至少约1500ppm、至少约1800ppm的错含量。还有，在一个非限制性实施例 中，所述第二粉末材料可具有不大于约3000ppm，例如不大于约2800ppm、或甚至不大于约 2600ppm的铝含量。将理解，所述第二粉末材料的铝含量可在以上最小和最大值中的任意之 间的范围内。
[0028] 所述第二粉末材料可具有相当低的硼含量，例如小于约200ppm，例如小于约 lOOppm、小于约50ppm、或甚至小于约lOppm。
[0029] 另外，在至少一个实施例中，所述第二粉末材料可具有特定的铁含量，包括例如， 至少约50ppm、至少约lOOppm、至少约200ppm，至少约500ppm、至少约lOOOppm、或甚至至 少约1500ppm。还有，所述第二粉末材料内的铁含量可不大于约5000ppm，例如不大于约 4000ppm、不大于约3500ppm、或甚至不大于约3000ppm。将理解，所述第二粉末材料的铁含 量可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0030] 所述第二粉末材料内的铁含量可显著大于所述第一粉末材料内的铁含量。例如， 基于方程（$ 62461)作62)\100%，所述第二粉末材料可具有大至少约10%的铁含量，其 中Fe1为所述第一粉末材料内的铁含量且Fe2为所述第二粉末材料内的铁含量。在另外的 情况中，所述第二粉末材料可具有比所述第一粉末材料内的铁含量大至少约20%，例如大 至少约30%、大至少约50%、大至少约70%、或甚至大至少约85 %的铁含量。还有，在一个 非限制性实施例中，所述第二粉末材料内的铁含量可比所述第一粉末材料中的铁含量大不 大于约99 %、大不大于约95 %、或甚至大不大于约90 %。将理解，所述第一粉末材料和所述 第二粉末材料之间的铁含量差异可在以上最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0031] 在还一实施例中，所述第二粉末材料可具有特定的钛含量，包括例如，至少约 50ppm、至少约80ppm、或甚至至少约lOOpprn。还有，所述第二粉末材料内的钛含量可不大于 约500ppm，例如不大于约400ppm、不大于约300ppm、或甚至不大于约200ppm。将理解，所述 第二粉末材料的钛含量可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0032] 此外，所述第二粉末材料可具有特定的游离碳含量，包括例如，不大于约2000ppm， 例如大约不大于约lOOOppm，例如不大于约500ppm、不大于约250ppm、或甚至不大于约 lOOppm。还有，所述第二粉末材料内的游离碳含量可为至少约lppm、至少约lOppm、或甚至 至少约20ppm。将理解，所述第二粉末材料的游离碳含量可在以上最小和最大值中的任意之 间的范围内。
[0033] 所述第二粉末材料内的游离碳含量可显著小于所述第一粉末材料内的游离碳含 量。例如，基于方程（(C1-C2)/Cl)X100%，所述第一粉末材料可具有大至少约10%的游离 碳含量，其中Cl为所述第一粉末材料内的游离碳含量且C2为所述第二粉末材料内的游离 碳含量。在另外的情况中，所述第一粉末材料可具有比所述第二粉末材料中的游离碳含量 大至少约20 %，例如大至少约30 %、大至少约50 %、大至少约70 %、或甚至大至少约85 %的 游离碳含量。还有，在一个非限制性实施例中，所述第一粉末材料内的游离碳含量可比所述 第二粉末材料中的游离碳含量大不大于约99. 9 %，例如大不大于约98 %、或甚至大不大于 约95%。将理解，所述第一粉末材料和所述第二粉末材料之间的游离碳含量差异可在以上 最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0034] 根据一种配方，所述混合物可具有特定含量的所述第二粉末材料以促进所述陶瓷 制品的形成。根据一个实施例的所述第二粉末材料的合适含量可为相对于所述混合物的总 重量的至少约10重量％。在另外的情况中，所述混合物中的所述第一粉末材料的量可更 大，例如为至少约15重量％、至少约18重量％、至少约20重量％、至少约22重量％、至少 约25重量％、或甚至至少约28重量％。在又一非限制性实施例中，所述混合物中的所述第 二粉末材料的含量可不大于约50重量％，例如不大于约40重量％、不大于约38重量％、不 大于约35重量％、或甚至不大于约32重量％。将理解，所述混合物内的所述第二粉末材料 的含量可在以上最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0035] 根据至少一个实施例，所述混合物可形成为具有特定的所述第一粉末材料（PMl) 和所述第二粉末材料（PM2)的含量（重量％ )比以促进所述陶瓷制品的形成。例如，所述 混合物可具有为至少约1. 1，例如至少约1. 2、至少约1. 3、或甚至至少约1. 4的所述第一粉 末材料对所述第二粉末材料的含量（重量％ )比（PM1/PM2)。在又一非限制性实施例中，所 述比（PM1/PM2)可不大于约8,例如不大于约6、不大于约5、不大于约4、不大于约3、或甚至 不大于约2。将理解，所述比可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0036] 在某些情况中，所述第一粉末材料和所述第二粉末材料可具有彼此有关的某些平 均粒度以促进根据本文中的一个实施例的陶瓷制品的形成。例如，所述第二平均粒度（PS2) 可比所述第一平均粒度（PSl)小。在具体实施例中，基于方程（(PS1-PS2)/PSl)X100%，所 述第二平均粒度可比所述第一平均粒度小至少约5 %。根据另一情况，所述第二平均粒度可 比所述第一平均粒度小至少约8%、小至少约10%、小至少约12%、小至少约14%、小至少 约16%、或甚至小至少约18%。在一个非限制性实施例中，所述第二平均粒度可比所述第 一平均粒度小不大于约80%，例如小不大于约70%、小不大于约60%、小不大于约50%、小 不大于约45%、小不大于约40%、小不大于约35%、或甚至小不大于约32%。将理解，所述 第一平均粒度和第二平均粒度之间的平均粒度差异可在以上最小和最大百分数中的任意 之间的范围内。
[0037] 此外，在本文中的至少一个实施例中，所述第一粉末材料和所述第二粉末材料可 具有彼此有关的某些比表面积以促进陶瓷制品的形成。例如，所述第一粉末材料包括比所 述第二粉末材料的第二比表面积（SSA2)小的第一比表面积（SSAl)。在一种情况中，基于方 程（(5542-5541)/5542)父100%，所述第一比表面积比所述第二比表面积小至少约5%。另 夕卜，在另一实施例中，所述第一比表面积比所述第二比表面积小至少约10 %，例如小至少约 20%、小至少约30%、小至少约40%、小至少约50%、或甚至小至少约55%。还有，在一个 非限制性实施例中，所述第一比表面积可比所述第二比表面积小不大于约90%，例如小不 大于约80%、小不大于约70%、小不大于约68%、小不大于约65%。将理解，所述第一比表 面积和所述第二比表面积之间的差异可在以上最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0038] 另外，所述第一粉末材料和所述第二粉末材料可具有特定的铝含量差异以促进所 述陶瓷制品的形成。例如，基于方程（(AC2-AC1)/AC2)X100%，所述第二粉末材料可具有比 所述第一粉末材料的铝含量（ACl)大至少约5%的铝含量（AC2)。在又一实施例中，所述第 二粉末材料可具有比所述第一粉末材料大至少约10%、大至少约15%、大至少约20%、大 至少约25%、大至少约30%、大至少约35%、大至少约40%、大至少约45%、或甚至大至少 约50 %的铝含量。还有，在一个非限制性实施例中，所述第二粉末材料的铝含量可不大于所 述第一粉末材料的铝含量的约95%，例如不大于约90%、不大于约85%、不大于约80%、不 大于约75%、或甚至不大于约70%。将理解，所述第一粉末材料和所述第二粉末材料之间 的铝含量差异可在以上最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0039] 本文中的某些混合物可进一步包括不同于所述第一粉末材料和第二粉末材料的 添加剂。添加剂的合适的实例可包括有机材料，例如粘合剂、pH调节剂、增塑剂等。根据一 个具体实施例，所述混合物用包括聚乙烯醇（PVA)的添加剂形成。一些另外的示例性添加 剂可包括胺（包括但不限于三乙醇胺）、丙烯酸类树脂、甲醛、树脂、及其组合。
[0040] 根据本文中的一个实施例的混合物可具有特定的添加剂总量以促进陶瓷制品的 形成。例如，所述混合物可具有相对于所述混合物的总重量的不大于约18重量％的添加剂 总含量。在某些另外的情况中，所述添加剂的总含量可不大于约16重量％，例如不大于约 14重量％、或甚至不大于约13重量％。还有，在至少一个非限制性实施例中，所述混合物中 的添加剂总含量可为至少约3重量％，例如至少约5重量％、至少约7重量％、至少约9重 量％、至少约11重量％。将理解，所述混合物内的添加剂总含量可在以上最小和最大百分 数中的任意之间的范围内。
[0041] 在适宜地制造所述混合物之后，所述方法可通过由所述混合物形成生坯而继续。 生坯是未完成的形式，能够支持它自己，特别地，可为需要进一步的处理以完全致密化的本 体。在某一实施例中，所述形成过程可包括压制、挤出、浇铸、冲压、及其组合。根据一个具 体实施例，所述形成过程包括滑移浇铸过程。
[0042] 在进行所述形成过程之后，可对所述生坯进行干燥过程。干燥可为如下的任选的 过程：其可被完成以使所述生坯内的某些材料挥发，从而使所述生坯准备好用于进一步的 处理。
[0043] 在进行所述干燥过程之后，所述生坯可经历烧结过程。在一个具体实施例中，所 述生坯的烧结可包括高温热处理以对所述本体的致密化起作用。特别地，为了所述陶瓷制 品的合适的性质，可进行与本文中描述的另外的特征组合的所述烧结过程以促进受控的晶 粒生长。在一个实施例中，烧结所述生坯可在为至少约1600 °C，例如至少约1800 °C、至少约 1900°C、或甚至至少约2000°C的烧结温度下进行。另外，在一个非限制性实施例中，所述烧 结温度可不大于约2080°C，例如不大于约2400°C、不大于约2300°C、不大于约2200°C、不大 于约2180°C。将理解，所述烧结温度可在以上最小和最大温度中的任意之间的范围内。
[0044] 此外，烧结可进行某一持续时间，其中将所述本体保持在所述烧结温度下。例如， 在所述烧结温度下的持续时间可为至少约30分钟，例如至少约60分钟、至少约90分钟、至 少约120分钟、或甚至至少约150分钟。在又一非限制性实施例中，在所述烧结温度下的持 续时间可不大于约6小时、不大于约4小时、不大于约3小时。将理解，在所述烧结温度下 的持续时间可在以上最小和最大时间中的任意之间的范围内。
[0045] 对于某些烧结操作，烧结腔室内的气氛可为惰性气氛。更特别地，烧结可在包括稀 有气体的气氛中进行。甚至更特别地，烧结可在包括多数含量的氩气的气氛，例如基本上由 氩气组成的气氛中进行。根据一个具体实施例，烧结可利用流动条件，其中所述气氛包括流 动气体，例如稀有气体。
[0046]用于烧结的气氛还可被控制成具有特定的压力。例如，在烧结期间在所述烧结腔 室内的压力可为在具有为至少约〇.Ipsi且不大于约IOpsi例如至少约0. 5psi且不大于约 3psi的压力的气氛中进行烧结。
[0047] 在完成烧结之后，形成陶瓷本体。所述陶瓷本体可为烧结碳化硅本体的形式。此 夕卜，所述陶瓷本体可为特别致密的，使得其具有相对于所述陶瓷本体的总体积的不大于约 10体积％的孔隙率。在另外的情况中，所述陶瓷本体的孔隙率可更小，例如不大于约8体 积％、不大于约5体积％、不大于约4体积％、不大于约3体积％、不大于约2体积％、或甚 至不大于约1体积％。还有，在一个非限制性实施例中，所述陶瓷本体的孔隙率可为至少约 0. 1体积％。将理解，所述孔隙率可在以上最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0048] 图1包括根据一个实施例的陶瓷本体的一部分的光学显微镜照片。在某些情况 中，所述陶瓷本体可为多晶材料。例如，所述陶瓷本体可基本上由多晶材料组成。此外，在 至少一个实施例中，所述陶瓷本体可包括第一类型的晶粒101和不同于所述第一类型的晶 粒101的第二类型的晶粒103。且在一个更具体的实施例中，所述陶瓷本体可基本上由所述 第一类型的晶粒101和第二类型的晶粒103组成。所述第一类型的晶粒101可由所述第一 粉末材料形成且所述第二类型的晶粒103可基本上由所述第二粉末材料形成。
[0049] 例如，根据一个实施例，所述第一类型的晶粒101可包括碳，特别地，可包括碳化 物。在某一示例性实施例中，所述第一类型的晶粒101包括碳化硅，且可基本上由碳化硅组 成。所述陶瓷本体可基本上不含某些材料，包括例如，硅金属、氮化物（例如，氮化铝、氧化 物材料、硼化物材料、及其组合。
[0050] 特别地，基于本文中描述的特征的组合，可适宜地实现受控的晶粒生长，使得所述 第一类型的晶粒101可具有特定的与所述第一粉末材料的第一平均粒度有关的第一平均 晶粒尺寸。根据一个实施例，所述第一平均晶粒尺寸可不大于所述第一平均粒度（PSl)的 约8倍。在又一实施例中，所述第一类型的晶粒101具有不大于所述第一平均粒度（PSl) 的约7倍，例如不大于所述第一平均粒度的约6倍、不大于所述第一平均粒度的约5倍、或 甚至不大于所述第一平均粒度的约4倍的第一平均晶粒尺寸。还有，对于另一实施例，所述 第一平均晶粒尺寸可为所述第一平均粒度的至少约1. 1倍，例如所述第一平均粒度的至少 约1. 3倍、或甚至所述第一平均粒度的至少约1. 5倍。将理解，与所述第一平均粒度有关的 所述第一平均晶粒尺寸可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0051] 所述陶瓷本体可包含多数含量的所述第一类型的晶粒101，使得例如，所述陶瓷本 体具有相对于所述陶瓷本体的总体积的至少约52体积％的所述第一类型的晶粒101。在另 外的情况中，所述第一类型的晶粒101的含量可更大，例如为至少约55体积％、至少约58 体积％、至少约62体积％、至少约65体积％、至少约68体积％、至少约72体积％、或甚至 至少约75体积％。在另一非限制性实施例中，所述陶瓷本体内的所述第一类型的晶粒101 的含量可不大于约95体积％，例如不大于约92体积％、不大于约88体积％、不大于约85 体积％、不大于约82体积％、不大于约78体积％。将理解，所述陶瓷本体内的所述第一类 型的晶粒101的含量可在以上最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0052] 根据一个具体实施例，所述第一类型的晶粒101可具有特定的纵横比。例如，所 述第一类型的晶粒101可具有不大于约1. 4的平均纵横比，其中纵横比为长度比宽度的度 量，其中长度为当在二维中观察时所述第一类型的晶粒101的最长尺寸且宽度为当在二维 中在与由长度限定的方向垂直的方向上测量时所述第一类型的晶粒101的最短尺寸。将理 解，这样的纵横比是基于当使用适当的技术（例如，SEM)观察时合适的颗粒样本的平均长 度和宽度。在某些情况中，所述平均纵横比可不大于约1.2。在还某些另外的情况中，所述 纵横比可不小于约0. 8。对于至少一个非限制性实施例，所述第一类型的晶粒101可为基本 上各方等大的。
[0053] 在某些示例性陶瓷本体中，所述第一类型的晶粒101可具有特定的平均晶粒尺 寸，包括例如，为至少约1微米的平均晶粒尺寸。对于另外的实施例，所述第一平均晶粒尺 寸可更大，例如为至少约2微米或大约至少约3微米。还有，在一个非限制性实施例中，所 述第一类型的晶粒101的第一平均晶粒尺寸可不大于约15微米，例如不大于约12微米、 不大于约10微米、不大于约8微米、或甚至不大于约6微米。将理解，所述第一类型的晶粒 101的所述第一平均晶粒尺寸可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。此外，将理 解，所述平均晶粒尺寸可基于当以合适的放大倍率观察时在所述陶瓷本体内的合适的第一 类型的晶粒样本的平均长度的测量。
[0054] 如本文中所提及的，所述陶瓷本体可进一步包括分散在所述陶瓷本体内的第二类 型的晶粒103。在具体情况中，所述第二类型的晶粒103可基本上均匀地分散在所述第一类 型的晶粒101内。根据一个实施例，所述第二类型的晶粒103可包含碳，更特别地可包含碳 化物材料。对于某一实施例，所述第二类型的晶粒103可包括碳化硅，且可基本上由碳化硅 和较小含量的铝组成。
[0055] 所述第二类型的晶粒103可包括受控量的铝，其可促进所述陶瓷本体的形成。所 述陶瓷本体内的铝含量的多数可包含在所述第二类型的晶粒103内。此外，在某些情况中， 所述第二类型的晶粒103可具有比所述第一类型的晶粒101大的铝含量。根据一个示例 性实施例，所述铝可晶粒内地分散在所述第二类型的晶粒103内。此外，所述第二类型的 晶粒103可具有为至少约500ppm、至少约600ppm、至少约700ppm、至少约900ppm、至少约 100(^口111、至少约110(^。111、至少约120(^。111、至少约130(^。111、至少约150(^。111、或甚至至少约 ISOOppm的铝含量。还有，在一个非限制性实施例中，所述第二类型的晶粒103可具有不大 于约3000ppm，例如不大于约2800ppm、或甚至不大于约2600ppm的错含量。将理解，所述第 二类型的晶粒103的铝含量可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。
[0056] 根据一个实施例，包括所述第一类型的晶粒和所述第二类型的晶粒的陶瓷本体可 包括受控量的铝，其可促进所述陶瓷本体的形成。根据一个示例性实施例，所述陶瓷本体可 具有不大于约800ppm，例如不大于约700ppm、不大于约600ppm、不大于约580ppm、不大于 约550ppm、不大于约530ppm、不大于约510ppm、或甚至不大于约500ppm的错含量。还有， 在一个非限制性实施例中，所述陶瓷本体可具有为至少约lOOppm，例如至少约200ppm、至 少约250ppm、至少约300ppm、至少约350ppm、至少约400ppm、至少约450ppm、或甚至至少约 500ppm的铝含量。将理解，所述陶瓷本体的铝含量可在以上最小和最大值中的任意之间的 范围内。
[0057] 所述第二类型的晶粒103可以特定的量存在以促进根据一个实施例的陶瓷本体 的形成。例如，所述第二类型的晶粒103可以基于所述陶瓷本体中的晶粒总数的统计学平 均数的少数含量存在，所述含量包括例如相对于所述陶瓷本体的总体积的不大于约48体 积％。在又一实施例中，所述陶瓷本体可包含所述第二类型的晶粒103的不大于约46体 积％，例如不大于约42体积％、不大于约40体积％、或甚至不大于约38体积％。根据一个 非限制性实施例，所述陶瓷本体中的所述第二类型的晶粒103的量可为至少约10体积％， 例如至少约14体积％、至少约18体积％、至少约20体积％、至少约22体积％、至少约25 体积％、至少约28体积％、或甚至至少约30体积％。将理解，所述第二类型的晶粒103的 含量可在以上最小和最大百分数中的任意之间的范围内。
[0058] 基于本文中描述的特征的组合，可适宜地实现受控的晶粒生长使得所述第二类型 的晶粒103可具有特定的与所述第二粉末材料的第二平均粒度有关的第二平均晶粒尺寸。 根据一个实施例，所述第二平均晶粒尺寸可不大于为所述第二平均粒度（PS2)的约1000 倍。在又一实施例中，所述第二类型的晶粒103具有不大于所述第二平均粒度的约800倍， 例如不大于所述第二平均粒度的约600倍、不大于所述第二平均粒度的约400倍、不大于所 述第二平均粒度的约300倍、或甚至不大于所述第二平均粒度的约200倍的第二平均晶粒 尺寸。还有，对于另一实施例，所述第二平均晶粒尺寸可为所述第二平均粒度的至少约1. 1 倍，例如所述第二平均粒度的至少约50倍、或甚至所述第二平均粒度的至少约100倍。将 理解，与所述第二平均粒度有关的所述第二平均晶粒尺寸可在以上最小和最大值中的任意 之间的范围内。此外，将理解，所述平均晶粒尺寸可基于当以合适的放大倍率观察时在所述 陶瓷本体内的合适的第二类型的晶粒样本的平均长度的测量。
[0059] 基于本文中描述的特征的组合，可适宜地实现受控的晶粒生长使得所述第二类型 的晶粒103可具有特定的与所述第一类型的晶粒101的第一平均晶粒尺寸有关的第二平均 晶粒尺寸。根据一个实施例，所述第二平均晶粒尺寸可不大于所述第一平均晶粒尺寸的约 1000倍。在又一实施例中，所述第二类型的晶粒103具有不大于所述第一平均晶粒尺寸的 约800倍，例如不大于所述第一平均晶粒尺寸的约600倍、不大于所述第一平均晶粒尺寸的 约400倍、不大于第一平均晶粒尺寸的约300倍、或甚至不大于所述第一平均晶粒尺寸的约 200倍的第二平均晶粒尺寸。还有，对于另一实施例，所述第二平均晶粒尺寸可为所述第一 平均晶粒尺寸的至少约I. 1倍，例如第一平均晶粒尺寸的至少约50倍、或甚至所述第一平 均晶粒尺寸的至少约100倍。将理解，与所述第一平均晶粒尺寸有关的所述第二平均晶粒 尺寸可在以上最小和最大值中的任意之间的范围内。此外，将理解，所述平均晶粒尺寸可基 于当以合适的放大倍率观察时在所述陶瓷本体内的合适的第二类型的晶粒样本的平均长 度的测量。
[0060] 特别地，本文中的实施例的一个或多个特征促进所述第一和第二类型的晶粒的受 控的晶粒生长。此外，本文中的实施例的一个或多个特征促进所述第一类型的晶粒和所述 第二类型的晶粒分别的受控各向同性和各向异性生长。特别地，所述第二类型的晶粒可通 过特别控制的各向异性生长形成，使得所述第二粉末材料在一个方向上的生长显著大于在 另一方向上的生长，由此促进具有细长形状的第二类型的晶粒。
[0061] 在至少一个实施例中，所述第二类型的晶粒103可为针状的或细长的。例如，所述 第二类型的晶粒103可具有为至少约1.4的平均纵横比（1/w)，其中纵横比为长度（1)比 宽度（w)的量度，其中长度为当在二维中观察时所述第二类型的晶粒103的最长尺寸且宽 度为当在二维中在与由长度限定的方向垂直的方向上测量时所述第二类型的晶粒103的 最短尺寸。将理解，这样的纵横比是基于当使用适当的技术（例如，SEM)观察时合适的颗 粒样本的平均长度和宽度。根据另一实施例，所述第二类型的晶粒103的平均纵横比可为 至少约1. 8、至少约2、至少约3、至少约4、或甚至至少约10。还有，在一个非限制性实施例 中，所述第二类型的晶粒103的平均纵横比可不大于约100。
[0062] 根据一个实施例，所述陶瓷本体可包括特定的从随机选择的区域可观察到的第二 类型的晶粒的平均数。将理解，第二类型的晶粒的平均数可通过以下定义：用随机选择的区 域的数量对比在随机选择的区域中可观察到的100个第二类型的晶粒大的第二类型的晶 粒的平均数求平均值。在具体情况中，当在约1300μπι乘约1100μπι的随机选择的区域中 观察时大于100个的第二晶粒的平均数可不大于约48,例如不大于约40、不大于约30、或甚 至不大于约20。还有，在另一非限制性实施例中，当在约1300μπι乘约1100μπι的随机选择 的样品观察区域中观察时大于100个的第二晶粒的平均数可为至少约3,例如至少约5、至 少约10、至少约15、或甚至至少约20。将理解，可观察到的第二晶粒的平均数可在以上提到 的最大或最小值中的任意的范围内。还将理解，以上说明的值可在另一具体的随机选择的 区域中观察。例如，所述随机选择的区域可包括约1140μm乘约825μm的面积。
[0063] 在至少一个实施例中，所述第二类型的晶粒103可具有比所述第一类型的晶 粒101的平均晶粒尺寸（GSl)大的平均晶粒尺寸（GS2)。例如，在某些情况中，基于方程 ((GS2-GS1)/GS2)X100%，所述第二平均晶粒尺寸可比所述第一平均晶粒尺寸大至少约 5%。在又一实施例中，所述第二平均晶粒尺寸可比所述第一平均晶粒尺寸大至少约10%， 例如大至少约15%、大至少约20%、大至少约25%、大至少约30%、大至少约35%、大至少 约40%、大至少约45%、或甚至大至少约50%。根据另一实例，所述第二平均晶粒尺寸可比 所述第一平均晶粒尺寸大不大于约95%，例如大不大于约90%、大不大于约85%、大不大 于约80%、大不大于约75%、或甚至大不大于约70%。
[0064] 在至少一个实施例中，所述第二类型的晶粒103可具有为至少约4微米，例如至少 约10微米、至少约20微米、至少约40微米、至少约60微米、至少约80微米、或甚至至少约 100微米的第二平均晶粒尺寸（GS2)。根据另一非限制性实施例，所述第二类型的晶粒103 的平均晶粒尺寸可不大于约1000微米、不大于约800微米、不大于约600微米、不大于约 400微米。
[0065] 根据一个实施例，所述陶瓷本体可具有特定的所述第一类型的晶粒对所述第二类 型的晶粒的含量比。例如，所述第一类型的晶粒对所述第二类型的晶粒的含量比可不大于 约3. 5,例如不大于约3. 0、不大于约2. 5、或甚至不大于约2. 0。在另一非限制性实施例中， 所述第一类型的晶粒对所述第二类型的晶粒的含量比可为至少约〇. 5,例如至少约1. 0、至 少约I. 5、或甚至至少约2. 0。将理解，所述第一类型的晶粒对所述第二类型的晶粒的含量 比可在以上提到的最大或最小值中的任意的范围内。
[0066] 根据一个实施例，所述陶瓷本体可具有特定的所述第二类型的晶粒浓度。在某些 情况中，所述陶瓷本体可具有不大于约34个/mm2、不大于约30个/mm2、不大于约25个/mm2、 不大于约20个/mm2、不大于约15个/mm2、不大于约14个/mm2、不大于约13个/mm2、不大于 约12个/mm2的第二类型晶粒浓度。在另一非限制性实施例中，所述陶瓷本体可具有为至 少约4个/mm2、至少约5个/mm2、至少约6个/mm2、至少约7个/mm2、至少约8个/mm2、至少 约9个/mm2、至少约10个/mm2的第二类型晶粒浓度。将理解，所述陶瓷本体可具有在以上 提及的最大和最小值中的任意之间的第二类型晶粒浓度。
[0067] 本文中的实施例的陶瓷本体可特别适合用作装甲。本文中的实施例涉及这样的陶 瓷本体：其具有被促进受控的晶粒生长的特征组合促进的特定的机械性质和受控的微观结 构。所述特征组合可包括，但不限于，原材料粉末的相对尺寸和比表面积、铝含量、元素的分 散、某些材料的不存在、以及代表与本领域技术发展水平的偏离的其它特征。所述描述不意 图阐明特征的层次，而是意图阐明可以一种或多种方式组合的不同的特征以限定本发明。
[0068] 根据一个实施例，陶瓷本体可包括特定的硬度。在具体情况中，陶瓷本体可包括 不大于约2500Pa，例如不大于约2450Pa、不大于约2400Pa、不大于约2350Pa、不大于约 2300Pa、或甚至不大于约2250Pa的努氏硬度（Pa)(Ikg负荷）。在另一非限制性实施例中， 陶瓷本体可包括为至少约2000Pa，例如至少约2050Pa、至少约2100Pa、至少约2150Pa、至少 约2200Pa、或甚至至少约2250Pa的努氏硬度（Pa)(Ikg负荷）。将理解，所述努氏硬度可在 以上提到的任意最大或最小值内。
[0069] 根据一个实施例，陶瓷本体可包括特定的密度。在具体情况中，陶瓷本体可包括 不大于约3. 50g/cm2,例如不大于约3. 40g/cm2、不大于约3. 30、不大于约3. 20g/cm2、不大于 约3. 20、不大于约3. 15g/cm2的密度。在另一非限制性实施例中，陶瓷本体可包括为至少约 3.Og/cm2,例如至少约3. 05g/cm2、至少约3. 10g/cm2、或甚至至少约3. 13g/cm2的密度。将理 解，所述陶瓷本体的密度可在以上提到的最大或最小值的任一个内。
[0070] 根据一个实施例，陶瓷本体可包括特定的相对于所述第一类型的晶粒的平均晶粒 尺寸的所述第二类型的晶粒的平均晶粒尺寸。在具体情况中，所述装甲部件可具有拥有不 大于所述第一类型的晶粒的平均晶粒尺寸的约1000倍，例如不大于所述第一类型的晶粒 的平均晶粒尺寸的约800倍、不大于所述第一类型的晶粒的平均晶粒尺寸的约600倍、不大 于所述第一类型的晶粒的平均晶粒尺寸的约400倍、不大于所述第一类型的晶粒的平均晶 粒尺寸的约300倍、或甚至不大于所述第一类型的晶粒的平均晶粒尺寸的约200倍的平均 晶粒尺寸的第二类型的晶粒。在另一非限制性实施例中，所述装甲部件可具有拥有为所述 第一类型的晶粒的平均晶粒尺寸的至少约1. 1倍，例如所述第一类型的晶粒的平均晶粒尺 寸的至少约50倍、或甚至所述第一类型的晶粒的平均晶粒尺寸的至少约100倍的平均晶粒 尺寸的第二类型的晶粒。将理解，所述第二类型的晶粒相对于所述第一类型的晶粒的平均 晶粒尺寸可在以上提到的任意最大或最小值内。
[0071] 根据一个实施例，所述陶瓷本体可具有特定的具有4H多型体结构的晶粒的重量 百分数（重量％)。在具体情况中，所述陶瓷本体可包括至少约30重量％的具有4H多型 体的晶粒，例如至少约35重量％的具有4H多型体的晶粒、至少约40重量％的具有4H多型 体的晶粒、或甚至至少约45重量％的具有4H多型体的晶粒。在另一非限制性实施例中，所 述陶瓷本体可具有不大于约50重量％的具有4H多型体的晶粒，例如不大于约45重量％的 具有4H多型体的晶粒、不大于约40重量％的具有4H多型体的晶粒、或甚至不大于约35重 量％的具有4H多型体的晶粒。将理解，所述陶瓷本体中的具有4H多型体的晶粒的重量百 分数可在以上提到的最大或最小值的任意范围内。
[0072] 根据一个实施例，所述陶瓷本体可具有特定的具有6H多型体结构的晶粒的重量 百分数（重量％ )。在具体情况中，所述陶瓷本体可包括至少约48重量％的具有6H多型体 的晶粒，例如至少约50重量％的具有6H多型体的晶粒、至少约55重量％的具有6H多型体 的晶粒、至少约60重量％的具有6H多型体的晶粒、或甚至至少约65重量％的具有6H多型 体的晶粒。在另一非限制性实施例中，所述陶瓷本体可具有不大于约67重量％的具有6H多 型体的晶粒，例如不大于约65重量％的具有6H多型体的晶粒、不大于约60重量％的具有 6H多型体的晶粒、不大于约55重量％的具有6H多型体的晶粒、或甚至不大于约50重量％ 的具有6H多型体的晶粒。将理解，所述陶瓷本体中的具有6H多型体的晶粒的重量百分数 可在以上提到的最大或最小值的任意范围内。
[0073] 根据一个实施例，所述陶瓷本体可拥有具有6H多型体的晶粒与具有4H多型体的 晶粒之比。在具体情况中，所述陶瓷本体可具有不大于约3. 5,例如不大于约3. 0、不大于约 2. 5、或甚至不大于约2. 0的具有6H多型体的晶粒与具有4H多型体的晶粒之比，在另一非 限制性实施例中，所述陶瓷本体可具有为至少约0. 5,例如至少约1. 0、或甚至至少约1. 5的 具有6H多型体的晶粒与具有4H多型体的晶粒之比。将理解，所述陶瓷本体中的具有6H多 型体的晶粒与具有4H多型体的晶粒之比可在以上提到的最大或最小值的任意范围内。
[0074] 根据一个实施例，装甲部件可包括陶瓷本体和邻近所述陶瓷本体的第一部件。在 具体情况中，所述第一部件可覆在所述陶瓷本体上面。在另外的实施例中，将理解，所述第 一部件可具有特定的相对于所述陶瓷本体的位置。例如，所述第一部件可位于所述陶瓷本 体下面。此外，所述装甲部件的另一构造可包括设置在第一部件和第三部件之间的陶瓷本 体。将理解，所述陶瓷本体相对于另外的部件（例如，所述第一部件和所述第二部件）的各 种合适的布置被设想且在本文中描述的实施例的范围内。根据一个实施例，所述第一部件 可与所述陶瓷本体的至少一部分毗邻，更特别地，可与所述陶瓷本体的第一主表面直接接 触。更特别地，所述第一部件和陶瓷本体可在所述陶瓷本体的第一主表面处彼此结合。
[0075] 根据一个实施例，所述第一部件可包括特定的材料，包括但不限于陶瓷，例如硼 化物、氮化物、氧化物、碳化物、及其任意组合。特别地，所述第一部件102可包括氧化铝 (Al2O3)、碳化硼（B4C)、碳化硅（SiC)、六硼化钙（CaB6)、十二硼化铝（AlB12)、氧化低价硼 (B6O)、氮化硅（Si3N4)、氮化铝（AlN)、及其任意组合。在还一替代性实施例中，所述第一部件 可包括材料，例如有机材料部件，更特别地聚合物，例如聚乙烯、聚氨酯、氟化聚合物、树脂、 热固性材料、热塑性材料、对位芳族聚酰胺纤维、及其任意组合。
[0076] 此外，将理解，所述第一部件可包括复合材料，其可包括材料的组合，所述材料包 括例如天然材料、合成材料、有机材料、无机材料、及其任意组合。一些合适的无机材料可包 括陶瓷、金属、玻璃等。
[0077] 在一个具体实施例中，所述第一部件可包括硼化物材料。在具体情况中，所述硼化 物材料可包括一种金属元素，所述金属元素包括，例如，但不限于，过渡金属元素。在某些情 况中，所述金属元素可包括锆（Zr)、钛（Ti)、铝（A1)、及其组合。例如，所述第一部件102可 包括六硼化钙（CaB6)、十二硼化铝（AlB12)、二硼化镁铝（MgAlB2)。在一种具体情况中，所述 第一部件可包括硼化锆（ZrB2)。在还一实施例中，所述第一部件可包括硼化钛（TiB2)。
[0078] 在一个替代性实施例中，所述第一部件可包括组成，例如不同于所述陶瓷本体的 组成的第一组成。例如，所述第一部件可包括包含与所述陶瓷本体内包含的氮化物材料不 同的氮化物材料的第一组成。所述第一部件的氮化物材料可包括金属元素，特别是过渡金 属元素。在具体情况中，所述第一部件可包括氮化硅（Si3N4)、氮化钛（TiN)、氮化铝（AlN)、 及其组合。
[0079] 根据另一实施例，所述第一部件可包括陶瓷材料，所述陶瓷材料包括氧化物材料。 在某些情况中，所述氧化物材料可包括氧化铝（Al2O3)、氧化低价硼（B6O)、及其组合。在另外 的情况中，所述氧化物材料可包括至少一种元素，所述元素包括，但不限于，过渡金属元素。 例如，一些合适的金属元素可包括钇（Y)、镧（La)、及其组合。在一个具体情况中，所述第一 部件可包括氧化物材料，所述氧化物材料包括氧化钇（Y2O3)。在另一实施例中，所述第一部 件可包括氧化物材料，所述氧化物材料包括氧化镧（La2O3)。
[0080] 在还一实施例中，所述第一部件可包括陶瓷材料，例如碳化物材料。合适的碳化物 材料可包括至少一种金属元素，所述金属元素包括，例如，但不限于，过渡金属元素。一些合 适的过渡金属元素可包括，例如，钛（Ti)、铝（Al)、硼（B)、及其组合。例如，所述第一部件可 包括陶瓷材料，所述陶瓷材料包括碳化钛（TiC)。在另一实施例中，所述第一部件可包括碳 化物材料，所述碳化物材料包括碳化铝（Al4C3)。在另一实施例中，所述第一部件可包括碳 化硅（SiC)。在又一实施例中，所述第一部件可包括碳化物材料，所述碳化物材料包括碳化 硼（B4C)。
[0081] 在还另外的情况中，所述第一部件可包括一些天然材料，例如纺织材料。在另外的 情况中，所述第一部件可包括无纺材料。纺织和无纺材料的一些合适的实例可包括利用纤 维的那些，更特别地，可包括防弹纤维。根据一个实施例，所述防弹纤维可包括天然材料、合 成材料、及其组合。根据一个具体设计，所述第一部件可包括防弹纤维，所述防弹纤维包括 尼龙。
[0082] 在另一方面中，所述装甲部件可包括不同于所述第一部件和陶瓷本体的第二部 件。在某些情况中，所述陶瓷本体、所述第一部件或所述第二部件的一个或多个可为层的形 式。这样，所述第二部件可具有与在本文中的实施例中描述的陶瓷本体和第一部件基本上 类似的尺寸。如进一步说明的，所述第二部件可邻近于所述陶瓷部件。更特别地，所述第二 部件可覆在所述陶瓷本体上面。例如，所述第二部件可位于所述陶瓷本体下面，更特别地， 可与所述陶瓷本体毗邻。将理解，所述第二部件可具有本文中的实施例中描述的第一部件 和陶瓷本体的属性中的任意。
[0083]实例1
[0084] 通过将第一碳化硅粉末（即，绿碳化硅）材料以及包括碳和铝的第二碳化硅粉末 (即，黑碳化硅）材料混合而制备第一样品混合物（SI)。所述黑碳化硅粉末材料包括大约 800-900ppm的铝含量。所述第一样品混合物（SI)包括相对于所述混合物的总重量的约30 重量％的所述第二粉末材料。所述混合物的剩余含量包括所述第一粉末材料和适当的粘合 剂。将所述混合物形成为生坯。
[0085] 将所述生坯在炉子中在惰性气体气氛中在压力较低的烧结条件下烧结，使所述炉 子在大约6小时的持续时间期间内斜线上升到约2000°C至约2200°C的烧结温度。将所述 本体保持在所述烧结温度下大约6小时以形成根据一个实施例的陶瓷本体。
[0086] 然后准备样品Sl的陶瓷本体用于观察以根据第二晶粒浓度标准测试确定第二类 型的晶粒浓度。用于计算第二类型的晶粒浓度的程序包括切割样品和准备用于以扫描电子 显微镜（SEM)进行观察的切割表面。以50X的放大倍率观察所述样品的随机区域，定义大 约I. 4mm2的观察区域，特别是1300μm乘约1100μm的样品区域。第二类型的晶粒为细长 晶粒。将观察区域中的长于100μm的任何第二类型的晶粒计数为第二类型的晶粒的部分。 在样品上的另外的随机选择的区域处重复该过程以获得统计学上相关的平均数。将所述第 二类型的晶粒浓度计算为在观察区域内具有大于100微米的长度的晶粒的数量并将所述 晶粒的数量除以所述区域（即，大约1. 4)。
[0087] 如下面在表1中显示的，样品Sl具有的在1300μπι乘1100μπι的视野中大于 100μm的晶粒平均数为18,对应于约12. 6个/mm2的细长晶粒的平均数。
[0088]实例2
[0089] 第三样品（S2)与样品Sl类似地制备，除了具有约40%的第二粉末材料含量之外。 如表1中所示，S2具有的在1300μ--乘1100μ--的视野中大于100μ--的晶粒平均数为27， 对应于约18. 9个/mm2的细长晶粒的平均数。
[0090]实例 3
[0091] 第四样品（S3)与样品Sl类似地制备，除了具有约33%的第二粉末材料含量之外。 如表1中所示，S3具有的在1300μπι乘1100μπι的视野中大于100μπι的晶粒平均数为15， 对应于约10. 5个/mm2的细长晶粒的平均数。
[0092]实例 4
[0093] 第五样品（S4)与样品S3类似地制备，具有约33%的第二粉末材料含量。如表1 中所示，S5具有的在1300μπι乘1100μπι的视野中大于100μπι的晶粒平均数为17,对应于 约10. 5个/mm2的细长晶粒的平均数。
[0094]实例5
[0095] 图2为具有的约1140μπι乘约825μπι的随机选择的区域的大于100μπι的晶粒平 均数为约50的陶瓷本体的对比例（CSl)的照片。如表1中所示，CSl具有约53. 2个/mm2 的细长晶粒的平均数。
[0096]表1
[0097]

【权利要求】
1. 一种形成陶瓷本体的方法，所述方法包括： 形成包括如下物质的混合物： 具有第一平均粒度（PSl)的包括碳的第一粉末材料（PMl);和 包括碳且不同于所述第一粉末材料的第二粉末材料（PM2)，其中所述第二粉末材料具 有比所述第一平均粒度（PSl)小的第二平均粒度（PS2)，且其中所述第二粉末材料具有比 所述第一粉末材料的铝含量（ACl)大的铝含量（AC2); 由所述混合物形成生坯；和 烧结所述生坯和形成陶瓷本体，所述陶瓷本体包括： 具有不大于所述第一平均粒度（PSl)的约8倍的平均晶粒尺寸的第一类型的晶粒。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一粉末材料为基于碳的材料。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述第一粉末材料包括碳化硅。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中所述第一粉末材料基本上由碳化硅组成。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一粉末材料具有不大于约10微米且为至少 约0.1微米的第一平均粒度。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中基于方程（邮1-?52)/^1)\100%，所述第二平 均粒度比所述第一平均粒度小至少约5%且小不大于约80%。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第二粉末材料为基于碳的材料。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述第二粉末材料包括碳化硅。
9. 根据权利要求7所述的方法，其中所述第二粉末材料基本上由碳化硅组成。
10. 根据权利要求7所述的方法，其中所述第二粉末材料基本上由黑碳化硅组成。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第二粉末材料具有不大于约8微米且为至少 约0. 2微米的第二平均粒度。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一粉末材料包括比表面积（SSAl)且所述 第二粉末材料包括第二比表面积（33六2)，其中基于方程（(55六2-55六1)/55六2)乂100%，所 述第一比表面积比所述第二比表面积小，且小不大于约90%。
13. 根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物包括为至少约I. 1且不大于约8的所 述第一粉末材料对所述第二粉末材料的含量（重量％ )比（PM1/PM2)。
14. 根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物包括相对于所述混合物的总重量为 至少约10重量％且不大于约90重量％的所述第一粉末的含量。
15. 根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物包括相对于所述混合物的总重量为 至少约10重量％、至少约15重量％、且不大于约50重量％的所述第二粉末的含量。
16. 根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物进一步包括添加剂。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中所述添加剂包括有机材料。
18. 根据权利要求16所述的方法，其中所述添加剂包括粘合剂。
19. 根据权利要求16所述的方法，其中所述添加剂包括聚乙烯醇（PVA)。
20. 根据权利要求16所述的方法，其中所述添加剂选自聚乙烯醇、三乙醇胺、丙烯酸类 树脂、甲醛、树脂、及其组合。
21. 根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物包括相对于所述混合物的总重量不 大于约18重量％且为至少约3重量％的添加剂的总含量。
22. 根据权利要求1所述的方法，其中基于方程（仏024(：1)/^02)\100%，所述第二 粉末材料包括比所述第一粉末材料的铝含量（ACl)大至少约5%且不大于约95%的铝含量 (AC2) 〇
23. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一粉末材料的铝含量小于约SOOppm且为 至少约lOppm。
24. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第二粉末材料的铝含量为至少约900ppm且 不大于约3000ppm。
25. 根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物为湿的混合物。
26. 根据权利要求1所述的方法，其中形成包括选自如下的成型过程：压制、挤出、浇 铸、冲压及其组合。
27. 根据权利要求1所述的方法，其中形成包括滑移浇铸。
28. 根据权利要求1所述的方法，其中形成生坯进一步包括干燥所述生坯。
29. 根据权利要求1所述的方法，其中烧结所述生坯在形成之后进行。
30. 根据权利要求29所述的方法，其中烧结在为至少约1600°C且不大于约2200°C的烧 结温度下进行。
31. 根据权利要求1所述的方法，其中烧结包括保持所述烧结温度至少约30分钟且不 大于约6小时的持续时间。
32. 根据权利要求1所述的方法，其中烧结在惰性气氛中进行。
33. 根据权利要求32所述的方法，其中烧结在包括稀有气体的气氛中进行。
34. 根据权利要求32所述的方法，其中烧结在包括多数含量的氩气的气氛中进行。
35. 根据权利要求32所述的方法，其中烧结在基本上由氩气组成的气氛中进行。
36. 根据权利要求1所述的方法，其中烧结在具有为至少约0. Ipsi且不大于约IOpsi 的压力的气氛中进行。
37. 根据权利要求1所述的方法，其中烧结形成陶瓷本体，所述陶瓷本体具有相对于所 述陶瓷本体的总体积不大于约10体积％且为至少约0. 1体积％的孔隙率。
38. 根据权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷本体包括烧结碳化硅本体。
39. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的晶粒具有不大于所述第一平均 粒度（PSl)的约7倍且为所述第一平均粒度的至少约I. 1倍的平均晶粒尺寸。
40. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的晶粒以多数含量且以不大于约 95体积％存在于所述陶瓷本体内。
41. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的晶粒包括不大于约1. 4的平均纵 横比，其中纵横比为长度比宽度的量度，其中长度为当在二维中观察时晶粒的最长尺寸且 宽度为当在二维中在与由所述长度限定的方向垂直的方向上测量时所述晶粒的最短尺寸。
42. 根据权利要求41所述的方法，其中所述第一类型的晶粒基本上是各方等大的。
43. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的晶粒包括为至少约1微米且不大 于约15微米的平均晶粒尺寸。
44. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的晶粒包括碳化物。
45. 根据权利要求44所述的方法，其中所述第一类型的晶粒包括碳化硅。
46. 根据权利要求44所述的方法，其中所述第一类型的晶粒基本上由碳化硅组成。
47. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括分散在所述陶瓷本体内的第二类型的晶 粒。
48. 根据权利要求47所述的方法，其中所述第二类型的晶粒基本上均匀地分散在所述 第一类型的晶粒之间。
49. 根据权利要求47所述的方法，其中所述第二类型的晶粒包括碳化物。
50. 根据权利要求47所述的方法，其中所述第二类型的晶粒包括碳化硅。
51. 根据权利要求47所述的方法，其中所述第一类型的晶粒基本上由碳化硅和铝组 成。
52. 根据权利要求30所述的方法，其中所述第二类型的晶粒包括为至少约500ppm且不 大于约3000ppm的铝含量。
53. 根据权利要求30所述的方法，其中所述第二类型的晶粒包括比所述第一类型的晶 粒大的铝含量。
54. 根据权利要求53所述的方法，其中所述铝晶粒内地分散在所述第二类型的晶粒 内。
55. 根据权利要求30所述的方法，其中所述第二类型的晶粒以基于所述陶瓷本体中的 晶粒总数的统计学平均数的少数含量且以至少约10体积％存在。
56. 根据权利要求30所述的方法，其中所述第二类型的晶粒具有不大于所述第二平均 粒度（PS2)的约1000倍且为所述第二平均粒度的至少约I. 1倍的平均晶粒尺寸。
57. 根据权利要求30所述的方法，其中所述第二类型的晶粒是针状的。
58. 根据权利要求57所述的方法，其中所述第二类型的晶粒包括为至少约1. 4的平均 纵横比，其中纵横比为长度比宽度的度量，其中长度为当在二维中观察时所述第二类型的 晶粒的最长尺寸且宽度为当在二维中在与由所述长度限定的方向垂直的方向上测量时所 述第二类型的晶粒的最短尺寸，且其中所述纵横比不大于约100。
59. 根据权利要求30所述的方法，其中所述第二类型的晶粒具有比所述第一类型的晶 粒的平均晶粒尺寸（GSl)大的平均晶粒尺寸（GS2)。
60. 根据权利要求30所述的方法，其中基于方程（(GS2-GS1)/GS2) X 100 %，所述第二 平均晶粒尺寸比所述第一平均晶粒尺寸大至少约5 %且不大于约95%。
61. 根据权利要求30所述的方法，其中所述第二类型的晶粒具有为至少约10微米且不 大于约1000微米的平均晶粒尺寸。
62. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一类型的晶粒包括碳化物。
63. 根据权利要求62所述的方法，其中所述第一类型的晶粒包括碳化硅。
64. 根据权利要求62所述的方法，其中所述第一类型的晶粒基本上由碳化硅组成。
65. 根据权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷本体基本上不含硅金属。
66. 根据权利要求65所述的方法，其中所述陶瓷本体基本上不含氮化铝。
67. 根据权利要求65所述的方法，其中所述本体基本上不含氧化物材料。
68. 根据权利要求65所述的方法，其中所述本体基本上不含氮化物材料。
69. 根据权利要求65所述的方法，其中所述本体基本上不含硼化物材料。
70. 根据权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷本体是多晶的。
71. 根据权利要求70所述的方法，其中所述陶瓷本体基本上由所述第一类型的晶粒和 第二类型的晶粒组成。
72. -种装甲部件，包括： 陶瓷本体，所述陶瓷本体包括： 第一类型的晶粒，和 具有基本上细长的结构的第二类型的晶粒， 其中所述陶瓷本体包括不大于约SOOppm且为至少约IOOppm的铝含量；和 其中所述本体包括不大于约34个/mm2且至少约4个/mm 2的第二类型晶粒浓度。
73. -种装甲部件，包括 陶瓷本体，所述陶瓷本体包括： 第一类型的晶粒；和 具有基本上细长的结构的第二类型的晶粒， 其中所述陶瓷本体包括不大于约SOOppm且为至少约IOOppm的铝含量；和 其中所述第一类型的晶粒对所述第二类型的晶粒的含量比不大于约3. 5、不大于约 3. 0、不大于约2. 5、不大于约2. 0且为至少约0. 5、至少约1. 0、至少约1. 5。
74. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述陶瓷本体包括不大于约 2500Pa且为至少约2000Pa的努氏硬度（Pa) (Ikg负荷）。
75. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述陶瓷本体包括不大于约 3. 50g/cm2、不大于约3. 40g/cm2、不大于约3. 30、不大于约3. 20g/cm2、不大于约3. 20、不大 于约3.158/〇112且为至少约3.(^/〇112、至少约3.058/〇11 2、至少约3.1(^/〇112、至少约3.13区/ cm2的密度。
76. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述第二类型的晶粒以基于 所述陶瓷本体中的晶粒总数的统计学平均数的少数含量且以至少约10%存在。
77. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述第一类型的晶粒为基于 碳的材料。
78. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述第一类型的晶粒包括碳 化娃。
79. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述第一类型的晶粒基本上 由碳化硅组成。
80. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述陶瓷本体基本上不含选 自如下的材料：硅金属、氮化铝、氧化物材料、氮化物材料、硼化物材料、及其组合。
81. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述第二类型的晶粒具有不 大于所述第一类型的晶粒的平均晶粒尺寸的约1000倍且为所述第一类型的晶粒的平均晶 粒尺寸的至少约1. 1倍的平均晶粒尺寸。
82. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述第二类型的晶粒包括为 至少约1.4且不大于约100的平均纵横比，其中纵横比为长度比宽度的度量，其中长度为当 在二维中观察时所述第二类型的晶粒的最长尺寸且宽度为当在二维中在与由所述长度限 定的方向垂直的方向上测量时所述第二类型的晶粒的最短尺寸。
83. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述第二类型的晶粒为基于 碳的材料。
84. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述第二类型的晶粒包括碳 化娃。
85. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述第二类型的晶粒基本上 由碳化硅组成。
86. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述陶瓷本体包括至少约 30重量％的具有4H多型体的晶粒和不大于约50重量％的具有4H多型体的晶粒。
87. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述陶瓷本体包括至少约 48重量％的具有6H多型体的晶粒和不大于约67重量％的具有6H多型体的晶粒。
88. 根据权利要求86或87中任一项所述的装甲部件，其中所述陶瓷本体包括不大于约 3. 5且为至少约0. 5的具有6H多型体的晶粒与具有4H多型体的晶粒之比。
89. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，进一步包括： 邻近所述陶瓷本体的第一部件，其中所述第一部件包括如下之一：有机材料、陶瓷材 料、玻璃材料、金属材料、天然材料、及其组合。
90. 根据权利要求89所述的装甲部件，其中所述第一部件为层。
91. 根据权利要求90所述的装甲部件，其中所述陶瓷本体为层。
92. 根据权利要求90所述的装甲部件，其中所述第一部件覆在所述陶瓷本体上面。
93. 根据权利要求90所述的装甲部件，其中所述第一部件位于所述陶瓷本体下面。
94. 根据权利要求90所述的装甲部件，其中所述第一部件与所述陶瓷本体毗邻。
95. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括选自如下 的材料：硼化物、氮化物、氧化物、碳化物、及其组合。
96. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括选自如下 的材料：氧化铝、碳化硅、碳化硼、及其组合。
97. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括选自如下 的材料：聚乙烯、聚氯酯、氟化聚合物、树脂、热固性材料、热塑性材料、及其组合。
98. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括包含至少 一种金属元素的硼化物材料。
99. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述金属元素包括过渡金属 元素。
100. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述金属元素包括Zr、Ti、 及其组合。
101. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括ZrB 2。
102. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括TiB 2。
103. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括比所述 材料部件的组成少的第一组成。
104. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括比所述 材料部件的组成的氮化物材料少的氮化物材料。
105. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括选自如 下的氮化物材料：Si3N 4、TiN、A1N、CaB6、AlB12、及其组合。
106. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括包含至 少一种金属元素的氧化物材料。
107. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述金属元素包括过渡金 属兀素。
108. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述金属元素包括选自如 下的元素：￥、1^、六1、8、及其组合。
109. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括Y 203。
110. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括La 203。
111. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括Al 203。
112. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括B 60。
113. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括包含至 少一种金属元素的碳化物材料。
114. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述金属元素包括过渡金 属兀素。
115. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述金属元素包括选自如 下的元素：1^31、8、51、及其组合。
116. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括TiC，其 中所述第一部件包括A1C。
117. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括B4C，其 中所述第一部件包括SiC。
118. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括纺织材 料。
119. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括无纺材 料。
120. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括纤维。
121. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括对位芳 族聚酰胺纤维。
122. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括防弹纤 维。
123. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述防弹纤维包括天然纤 维材料。
124. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述第一部件包括合成纤 维材料。
125. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述防弹纤维包括尼龙。
126. 根据权利要求89和90中任一项所述的装甲部件，其中所述装甲部件包括不同于 所述第一部件和所述陶瓷本体的第二部件。
127. 根据权利要求126所述的装甲部件0,其中所述第二部件为层。
128. 根据权利要求126所述的装甲部件，其中所述陶瓷本体为层。
129. 根据权利要求126所述的装甲部件，其中所述第二部件覆在所述陶瓷本体上面。
130. 根据权利要求126所述的装甲部件，其中所述第二部件位于所述陶瓷本体下面。
131. 根据权利要求126所述的装甲部件，其中所述第二部件与所述陶瓷本体毗邻。
132. 根据权利要求126所述的装甲部件，其中所述第一部件覆在所述第二部件上面。
133. 根据权利要求126所述的装甲部件，其中所述第一部件位于所述第二部件下面。
134. 根据权利要求126所述的装甲部件0,其中所述第一部件与所述第二部件毗邻。
135. 根据权利要求126所述的装甲部件，其中所述陶瓷本体设置在所述第-部件和所 述第二部件之间。
136. 根据权利要求72或73中任一项所述的装甲部件，其中所述陶瓷本体包括相对于 所述陶瓷本体的总体积不大于约10体积％且为至少约0. 1体积％的孔隙率。
【文档编号】C04B35/565GK104520254SQ201380041137
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2012年6月15日
【发明者】N·J·尼努斯, D·R·蒂尔尼 申请人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司