煌岩、歪碱正长岩、霞云钢 长石、电气花岗岩、纹长二长岩、云煌岩、均密石英岩、地慢岩、菱长斑岩、等色岩、铁燈岩、沸 绿岩、霞斜岩W及球颗玄武岩。
[0119] 表1提供用于第一层W及第二层的不同类型的化学品的示例性实施例，所述层可 W使用不同前体材料获得。关于第一层，通过使用不同前体材料，可W获得二氧化娃、氧化 侣或二氧化铁。第二层也可W通过前体材料的选择而改性。举例而言，第二层可W包括各种 类型的碳酸盐，诸如纯碳酸盐、多阳离子碳酸盐、具有水或0H基团的碳酸盐、具有水或0H基 团的层状碳酸盐、含阴离子碳酸盐、含娃酸盐碳酸盐W及含碳酸盐矿物。
[0120] 表1:示例性前体W及囊封层
[0121]
[0122]第二层可W通过引入额外的阴离子和/或阳离子而改性。该额外的阴离子W及阳 离子可W用于改性第二层W增强该第二层的物理W及化学性质，诸如耐火性或耐酸性。举 例而言，如表2中所示，当第一层经保持作为富含二氧化娃层时，第二层可W通过添加另外 的阴离子或阳离子来反应而改性，诸如，P〇42节及S〇42^。因此，第二层可W包括，例如，不同 憐酸盐、硫酸盐、氣化物或其组合。
[012引表2:阳离子/阴离子源(除C0户的外)的实例
[0124]
[0125] B、接合基质W及复合材料
[0126] 接合基质包含多个接合单元，从而形成Ξ维网络。接合基质可W为多孔的或无孔 的。孔隙度取决于可W用W控制孔隙率的众多变量，所述变量诸如溫度、反应器设计、前体 材料W及在转化工艺期间引入的液体量。取决于预期应用，孔隙率可W设定为约1体积％至 约99体积％的几乎任意孔隙度。
[0127] 接合基质可W并入一种W上填充材料，所述材料在转化工艺之前或期间与前体材 料混合，W形成复合材料。接合单元在接合基质中的浓度可W变化。举例而言，接合单元基 于体积的浓度可W相对高，其中至少一些接合单元彼此接触。当填充材料并入至接合基质 中但填充材料的类型和/或填充材料的量使得接合单元的体积稀释度相对低时，可能出现 该情况。在另一实例中，接合单元基于体积的浓度可W相对低，其中接合单元更广泛地分散 在接合基质内，W使得即便有也只有很少的接合单元彼此接触。当填充材料并入至接合基 质中且填充材料的类型和/或填充材料的量使得稀释度相对高时，可能出现该情况。
[0128] 大体而言，填充材料可W包括能够并入接合基质的众多类型的材料中的任意一 个。填充材料可W为惰性的或活性的。尽管惰性材料可W物理地或机械地与接合基质相互 作用，但惰性材料不在转化期间经历任何化学反应且不充当成核位点。惰性材料可W包括 聚合物、金属、无机颗粒、集料等。特定实例可W包括但不限于玄武岩、石材、回收PVC、橡胶、 金属颗粒、氧化侣颗粒、氧化错颗粒、碳颗粒、毯式颗粒、Kevlar?颗粒及其组合。活性材料在 转化期间与接合基质化学反应、在转化期间经历任何化学反应和/或充当成核位点。举例而 言，氨氧化儀可W用作填充材料并且可W与来自接合基质的溶解巧组分相化学反应W形成 碳酸儀巧。
[0129] 接合基质可W占据复合材料的几乎任意百分数。因而，举例而言，接合基质可W占 据复合材料的约1体积％至约99体积％ (例如，接合基质的体积分数可W小于或等于约90体 积％、70体积％、50体积％、40体积％、30体积％、20体积％、10体积％ )。接合基质的体积分 数的优选范围为约8体积％至约90体积％ (例如，约8体积％至约80体积％、约8体积％至约 70体积％、约8体积％至约50体积％、约8体积％至约40体积％ )，并且更优选的范围为约8体 积％至30体积％。
[0130] 复合材料还可W为多孔的或无孔的。孔隙度取决于可W用于控制孔隙率的众多变 量，诸如溫度、反应器设计、前体材料、在转化工艺期间引入的液体量W及是否采用任何填 充物。取决于预期应用，孔隙率可W设定为从约1体积％至约99体积％的几乎任意孔隙度 (例如，小于或等于约90体积％、70体积％、50体积％、40体积％、30体积％、20体积％、10体 积％)。复合材料的孔隙率的优选范围为约1体积％至约70体积％，针对高密度W及耐久性 更优选为介于约1体积％至约10体积％之间，并且针对轻重量W及低导热性更优选为介于 约50体积％至约70体积％之间。
[0131] 在接合基质内，接合单元可W在众多定向中的任一者上相对于彼此定位。图2(a) 至图2(f)示意性图示出示例性接合基质，该基质包括在不同定向中的可能通过并入填充材 料稀释的纤维形或薄片形接合单元，如接合单元之间的间距所表示。例如，图2(a)图示出包 括在一个方向（"1-D")定向排列（例如，相对于X方向排列）的纤维形接合单元的接合基质。 图2(b)图示出包括在两个方向Γ2-护促向排列（例如，相对于X方向W及y方向排列）的薄 片形接合单元的接合基质。图2(c)图示出包括在Ξ个方向（"3-D")定向排列(例如，相对于X 方向、y方向W及Z方向排列）的薄片形接合单元的接合基质。图2(d)图示出包括随机定向的 薄片形接合单元的接合基质，其中接合单元不相对于任意特定方向排列。图2(e)图示出包 括在3-D定向排列的相对高浓度的薄片形接合单元的接合基质。图2(f)图示出包括处于随 机定向的相对低浓度的薄片形接合单元(渗滤网络)的接合基质。图2(f)的复合材料达到渗 滤阔值，运是因为大部分接合单元彼此接触W使得从材料的一个末端至另一末端形成连续 的接点网络。渗滤阔值为临界浓度，超过该临界浓度，接合单元显示长程连通性，其中接合 单元有序定向，例如图2 ( e )，或随机定向，例如图2 ( f )。能够在例如Newnham等的 "Connectivity and piezoelectric-pyroelectric composites"(Mat.Res.Bull.13卷， 525-536页，1978)中找到连通模式的实例。
[0132] 此外，能够W促进致密堆积的方式达成单一层级结构或多级重复层级结构，所述 层级结构在其他潜在有用的功能性目的中提供了用于制备高强度材料的目的。层级描述结 构如何W若干长度尺度形成模式。不同类型的接合基质可W通过改变基质孔隙率和通过并 入不同尺寸的核屯、纤维形成。不同种类的微粒状组分W及纤维状组分可W与层级结构一起 用于制造具有不同连通性的不同种类的结构。
[0133] 形成接合单元、接合基质W及复合材料的方法
[0134] 通过将前体材料暴露于反应性液体而进行转化(固化)工艺。与液体相关联的反应 物与组成前体颗粒的化学组分反应，并且更具体地与前体颗粒的周边部分中的化学反应物 反应。该反应最终导致第一层W及第二层的形成。
[0135] 在一些实施例中，前体颗粒包括两种W上化学元素。在转化工艺期间，液体中的反 应物优先至少与化学元素的第一种反应，其中液体中的反应物（例如，溶液中的C〇2 W及相 关物种)与至少一种第一化学元素(例如，Ca2+)之间的反应导致第一层W及第二层的形成， 该第一层包含前体颗粒的衍生物，一般不包括该至少一种第一化学元素，而该第二层包含 反应物与该至少一种第一化学元素的组合物（例如，CaO)3)。相比之下，核屯、包含与前体颗 粒相同或几乎相同的化学组成物(例如，CaSi〇3)。举例而言，核屯、的周边部分可W由于特定 化学元素从核屯、的选择性溶出而与前体颗粒的化学组成物不同。
[0136] 因此，核屯、W及第二层共享前体颗粒的该至少一种第一化学元素（例如，巧2+)，且 核屯、W及第一层共享前体颗粒的至少另一种化学元素(例如，Si4+)。例如，由核屯、与第二层 共享的至少一种第一化学元素可W为至少一种碱±金属元素(被、儀、巧、锁、领W及错）。例 如，由核屯、与第一层共享的该至少另一种化学元素可W为娃、铁、侣、憐、饥、鹤、钢、嫁、儘、 错、错、铜、妮、钻、铅、铁、铜、神和/或粗。
[0137] 在一些实施例中，液相中的反应物与前体颗粒的至少一种第一化学元素之间的反 应可W进行至完成，从而导致第一层成为接合单元的核屯、且具有不同于前体颗粒的化学组 成物的化学组成物，且导致至少一个另一层或第二外壳层包含组成物，该组成物可W包括 或可W不包括前体颗粒的两个W上化学元素中的至少一种第一化学元素。
[0138] A.气体辅助热液液相烧结
[0139] 接合单元可W通过例如基于气体辅助化PS的方法形成。在此方法中，包括多个前 体颗粒的多孔实屯、主体暴露于液体(溶剂），该液体使多孔实屯、主体的孔部分地饱和，即孔 的体积部分地用水填充。
[0140] 在诸如形成碳酸盐的系统的某些系统中，相信的是，用水完全填充孔是不合需要 的，因为反应性气体不能够通过气体扩散从多孔固态主体的外表面扩散至所有内孔。相反， 反应性气体中的反应物将溶解于液体中并且W液相形式从外表面扩散至内孔，此过程慢得 多。该液相扩散可能适合于转化薄的多孔固态主体，但不适合于较厚多孔固态主体。
[0141] 在一些实施例中，含反应物的气体引入至多孔固态主体的部分饱和的孔中，并且 反应物由溶剂溶解。溶解的反应物随后与前体颗粒中的至少第一化学元素反应，W将前体 颗粒的周边部分转化成第一层W及第二层。作为反应的结果，溶解的反应物从溶剂耗尽。同 时，继续将含气体的反应物引入至部分饱和的孔中，W将额外的反应物供应至溶剂。
[0142] 随着反应物与前体颗粒的至少第一化学元素之间的反应进行，前体颗粒的周边部 分转化成第一层W及第二层。第一层在核屯、的周边处的存在最终通过隔离反应物与前体颗 粒的至少第一化学元素而阻碍进一步反应，由此使反应有效停止，得到接合单元，该接合单 元具有作为前体颗粒的未反应中屯、的核屯、、在核屯、的周边处的第一层W及在第一层上的第 二层。
[0143] 所得接合单元包括核屯、、第一层W及第二层，并且一般尺寸大于前体颗粒，从而填 充多孔固态主体的周围多孔区域且可能与多孔固态主体中的相邻材料接合。因此，可W形 成网形构造的产物，所述产物具有与多孔固态主体大致相同的尺寸和形状但具有比多孔固 态主体更高的密度。在产生比初始粉巧密度更高的材料方面，此情况相对于由于质量传递 导致收缩的传统烧结工艺具有优势。
[0144] B.高压蓋中的HLPS
[0145] 在化PS的方法的示例性实施例中，将包含多个前体颗粒的多孔固态主体置放于高 压蓋腔室中并且加热。通过蒸发腔室中的水，将作为溶剂的水引入多孔固态主体的孔中。多 孔固态主体上方的冷却板使蒸发的水冷凝，水随后滴落至多孔主体上W及多孔固态主体的 孔中，从而使多孔固态主体的孔部分地饱和。然而，在此实例中引入水的方法是能够传递水 的若干方式中的一种。举例而言，水还可W加热和喷雾。
[0146] 同时，将作为反应物的二氧化碳累送至腔室中，且二氧化碳扩散至多孔主体的部 分饱和孔中。一旦处于孔中，二氧化碳即溶解于水中，从而允许前体颗粒与二氧化碳之间的 反应，W将前体颗粒的周边部分转化成第一层W及第二层。
[0147] 随着第二反应物与第一层之间的反应进行，第二反应物继续与第一层反应，从而 将第一层的周边部分转化成第二层。可W由第一层中的组分的表生溶液形成第二层，并且 此第二层可W为梯度层，其中组成第二层的化学元素（阳离子）中的一个的浓度随着从核屯、 颗粒表面移动至第一层的末端从高到低地变化。还可能的是，第二层还可W为梯度组成物， 诸如当所述层为非晶形或由具有恒定或变化组成的固溶体组成时。
[0148] 第二层在前体核屯、的周边处的存在通过隔离第二反应物与第一层而最终阻碍进 一步反应，使反应有效停止，从而得到接合单元，该接合单元具有核屯、、在核屯、的周边处的 第一层W及在第一层上的第二层。所得接合单元大体上尺寸大于原始前体颗粒，由此填充 多孔固态主体的周围多孔区域且与多孔固态主体的相邻材料接合。因此，该方法允许了产 物的网状构造，所述产物具有与原始多孔固态主体大致相同的形状但具有比原始多孔固态 主体更高的密度。在产生比初始粉巧密度更高的材料方面，此情况相对于由于质量传递导 致收缩的传统烧结工艺具有优势。
[0149] C.浸渗介质
[0150] 用于输送至多孔基质的至少一部分中的浸渗介质包括溶剂(例如，水）W及反应性 物种(例如，0)2)。溶剂可W为水性的或非水性的。溶剂可W包括一种W上组分。举例而言， 在一些实施例中，溶剂可W为水和乙醇、乙醇和甲苯、或者各种离子液体的混合物，诸如基 于烷基取代的咪挫及化晚阳离子与面化物或Ξ面代侣酸盐阴离子的离子液体。为了简化处 理设备，湿式系统优于非湿式系统。