本申请是1986.9.16提交的题为“陶瓷体的表面联结”，属于Stentey J.Luszcz等907930申请的部分继续申请。 本发明涉及将诸如板片、盘状等相毗邻的陶瓷体平表面或其它相匹配表面粘结在一起的方法。
本发明提供将陶瓷体的相匹配的表面联结在一起的方法，被联结的陶瓷体中至少有一个是多晶陶瓷材料，其中含有气相氧化剂与母体金属的氧化反应产物，以及至少有一部分是从母体金属衍生的交联金属成分和可能的一种或多种填料，如下文所详述。
对这种陶瓷体，多晶陶瓷材料是在三维方向相互交联，而且其中至少分布于部分陶瓷体相交联的金属是至少部分暴露的，或是至少从一个粘接面很容易接近的，或可成为很容易接近的。所说的陶瓷体粘接面才能粘接到与之毗邻的陶瓷体的匹配表面上。
在本发明的工艺中，要联结的这两个陶瓷体（例如，两个都是上文所述的氧化反应产品，或者一个是上文所述的氧化反应产品而另一个是众所周知技术地常规方法制备的陶瓷产品，而不是母体金属氧化法的产品）。要适当组配以使要连结的表面实际上相互毗邻，虽然也可能有下文所述的微小的间隔。
组配好的陶瓷体在氧化气氛中加热到高于其中的交联着的金属的溶点，而低于氧化反应产物的熔点的温度，在进行反应时，氧化反应产物在毗邻的界面间生长，使它们联结到一起。
因此，根据本发明，此处提供沿着陶瓷体间基本叠合的表面将其联结的方法，该方法包括下述步骤。先提供含有通过熔融母体金属（如铝）和气相氧化剂（如空气）的氧化反应形成的和伴随着熔融金属渗入并在氧化产物表面氧化而生长成的第一类陶瓷体。这一类陶瓷体中含有多晶氧化反应产物如氧化铝，相互结联的残留金属，如铝，和可能存在的由氧化反应产物渗入填料而形成的复合体。将要联结的第一和第二个陶瓷体按照要结联表面相互配对的方式组配起来并使之挨紧。然后将组配的陶瓷体在气相氧化剂中加热到高于残留金属熔点的温度以使金属朝联结面渗透并在该处继续生长氧化反应产物，如前文所述，由此在第一和第二陶瓷体之间产生联结。
在本说明书和权利要求书中，下述术语有下述定义。
“陶瓷”一词并不是只限于经典概念的陶瓷体，即不是只限于完全由非金属无机材料构成的陶瓷体，而是指在成分上或主要性质上主要是陶瓷质的物体，其中会含有少量或相当量的一或几种金属成分和/或空洞（联结的或隔开的），最常见的体积比含量为1～40%，但也可更高。
“氧化反应产物”通常是指一或多种金属任一氧化态，在此状态金属失去电子，或是与其它元素、化合物共享或由此二者而相互结合。因此，按这个定义“氧化反应产物”包括一或多种金属与诸如本文所例举的气相氧化剂的反应产物。
“氧化剂”或“气相氧化剂”，后者指含某种特定气体的氧化剂，该气体指一或多种易于接受电子或共享电子的气体。
“母体金属”一词实际指相对纯的金属、含杂质和/或合金成分的商品金属，以及合金及金属间化合物。当提及某具体金属时，除非另有上下文说明，应当按照这个意义确定区分所提到的金属。
图1是部分断面草图，表明按本发明的一个具体例子中第一和第二陶瓷体和阻挡设施的组配。
图2也是部分断面草图，表明按本发明另一个具体例子中第一和第二陶瓷体的组配及保留金属和阻挡设施。
前文所说的第一陶瓷体是用未决美国专利申请813，943中所公开的方法生产。该申请属于纽科克（Marc S.Newkirx al）等人，于1986，1，15提交。根据该方法，要在氧化剂如空气存在下将母体金属，如铝，加热到高于其熔点但又低于氧化产物的熔点的温度，形成熔融母体金属。熔融母体金属与气相氧化剂反应形成氧化产物，至少部分地维持氧化产物在熔融母体金属和熔融氧化剂之间与之接触并延伸。在这样的温度范围，熔融金属通过已经形成的氧化反应产物向气相氧化剂渗透。当熔融金属在气相氧化剂和已经形成的氧化反应产物的界面处与气相氧化剂接触时，被气相氧化剂氧化，由此生长或形成逐渐加厚的氧化反应产物层或体。反应连续进行足够的时间，产生其中含有包括未氧化的母体金属在内的金属成分的陶瓷体。此处所说的金属成分至少是部分暴露的，或可接近的，或者通过机加工、破碎加工等使它成为可接近的。这样的陶瓷体以后称为第一陶瓷体。该工艺过程可用合金掺杂的方法促进，如在空气氧化铝母体金属的情况。这种方法也可通过在前体金属表面上加外掺杂剂得到改进，如纽料克等人的822999号未决美国专利申请中所述该申请（1986.1.27提交）。一般，在形成第一陶瓷体时，掺杂剂可与母体金属合用。还有，美国未决专利申请819397（1986.1.17提交，属于纽克等人）也公开一种生产自己维持复合陶瓷体的方法，它是通过母体金属的氧化反应产物长入渗透性填料，由此使陶瓷基质渗透填料的方法生产。这样，第一陶瓷体含有氧化反应产物渗透填料形成的复合体。未决专利申请837448号（1986，3，7提交属于纽科克等人），题为“成形陶瓷复合物及其制造方法”，也公开了一种生产具有几何形状的复合陶瓷体的方法。根据该方法，逐渐延伸的氧化反应产物是在朝着已经限定的表面边界的方向上渗透预成形体。可同时将气相氧化剂与固或液体氧化剂组合使用，而且对气相氧化剂和正延伸着的氧化反应产物预成形体都是可渗透的。得到的陶瓷体具有预成形体的形状。
所有的未决且共同转让的专利申请都并在此，作为文献。
在本方法中，通过由第一陶瓷体内所含有的熔融母体金属氧化反应从第一陶瓷体衍生出的连结层的发展，使第一陶瓷体与另一个同类型的或不同类型的第二陶瓷体连结。在一次操作中可将二个或更多个陶瓷体连结在一起，在面面相对的每一对面中至少有一个面是由熔融母体金属氧化形成，并且随着熔融金属透过其氧化反应产物表面并在其表面上继续氧化而生长的第一类陶瓷体的表面。第一类陶瓷体中交联着的金属是形成陶瓷连结层所需要的金属源。更具体地讲，第一类陶瓷体含有表面可接近的残留金属，它是陶瓷生长过程中熔融母体金属被输送的结果。在两个同类陶瓷体连结的情况，如上文所述，每个陶瓷体都含有联结着的金属，两个陶瓷体都可能参与在其公共界面上生长连结层。
对面面相对的每一对要连结面，陶瓷体的组配要使其紧密接触，或者只有很少的间隔。例如，可将第一和第二类陶瓷体组配成一个面对。也可将一个第一类陶瓷体组配在两个第二类陶瓷体中间。也可采用多个表面的排布，例如对平板形，但应使至少每个其它表面是含连接着的金属的氧化反应产物体的表面。
图1和2表明本发明使用的典型组配，第一类陶瓷体2（图1）或2′（图2）按照它的一表面正对第二陶瓷体4或4′的相应表面定位。联结层将在要连结的陶瓷体2和4或2′和4′的相对表面之间生长。
相对表面可基本相互接触，以使氧化熔融金属所需要的气相氧化剂与第一类陶瓷体的表面接触。然而，只要通过此处熔融金属的输送，和毗邻此处的熔融金属的氧化反应能够使连结层的氧化反应产物充分生长（如形成第一类陶瓷体中所发生的情况），那么即使表面对之间有初始间隔也可应用，但要提供足够的熔融金属并保持足够长时间的工艺条件使生长过程连续进行，一直到开始有间隔的表面连结到一起。当使用上述有间隔的状态，在表面间使用小角度（如5～10℃/以减少由于生长的不规律性而在最后的连结层中产生空洞的可能性会是有好处的，当生长的陶瓷连结层进入与毗邻的陶瓷质处于接触状态时，这种不规律性会造成氧化剂难于通过。
为了进行连结，图1和2所示的陶瓷体组配体在氧化气氛中加热到高于第一类陶瓷体中剩留金属的熔点，但又低于氧化反应产物的熔点的温度。从连结面（正对着对应陶瓷体表面4或4′的陶瓷体表面2或2′）可接近熔融金属在与氧化剂接触时被氧化，如上所述，氧化反应产物的生长形成足够厚的连结层。即使联结层较薄，也能得到强连结;让连结层过份生长是没有必要的，而且有时是不希望的。
虽然在选择的实例中，此处只叙述了在空气中氧化铝的具体情况，但是在实施本发明时如铝、钛、锡、锆、铪或硅等任何各种母体金属都能使用。还有，氧化反应产物可是氧化物，氮化物或碳化物，这完全依赖于所选用的氧化剂。当第一类陶瓷体与第一类陶瓷体连结时，这两个陶瓷体的组成可相同也可不同，而且，如果这两个陶瓷体中的金属从相同母体金属衍生而来，在纯度、品级或合金成分上，联结的金属仍然可能有区别。
能够与第一类陶瓷体连结用作第二类陶瓷体的其它型式的陶瓷产品，包括经致密化的陶瓷粉末，如经压制、烧结或其它常规方法加工的金属氧化物，硼化物、碳化物或氮化物。
要连结的组配陶瓷混合体加热到高于剩留金属的熔点，低于要形成的氧化反应的熔点温度，在此范围的适当温度要保持足够长的时间，长成所需厚度的连结层。适当的和最佳的温度范围依赖金属，使用掺杂剂的时间依氧化剂而改变。在铝为母体金属且空气为氧化剂时，氧化温度可在约850～1450℃，最佳范围在约900～1350℃。在此体系中，特别是在镁和一或几种Ⅳ-B族元素，硅、锗、锡和铅作为渗入剂与铝形成合金的情况下，在选定温度的加热时间只有几个小时，如1100℃时5小时，一般在两个陶瓷体之间就足以产生约0.02mm或更厚的强连结。
组配体在其中加热的气氛由气相氧化剂提供，如用蒸发为气体或通常为气体的物质。例如，在熔融铝母体金属氧化形成氧化铝的情况，由于经济原因，一般首选空气为氧化剂。氧气或含氧气体混合物（包括空气）是理想的气相氧化剂。应当有足够的气相氧化剂流量，以保证在组配的陶瓷体间有良好的金属与氧化剂相接触。
在形成连结层过程中消耗的熔融金属存于第一陶瓷体的通道中并且该通道有通向陶瓷体表面的开口。在第一类陶瓷体的生产中，如果在给反应提供母体金属的熔融金属池刚好消耗完或者还没有消耗完时，生长过程停止，那么相互联结的金属就会留在结构中。如果生长反应在金属池消耗完后继续进行，陶瓷体内相互联结的金属就会被吸到表面。在与氧化剂接界的表面形成新的多晶陶瓷质生长，结果在吸空了的金属通道形成联结的空穴。因此，在本发明的工艺中，使用的第一类陶瓷体是通过适当地控制反应温度和时间，在制造时没有完全消耗掉金属成分的陶瓷体。
只要是第一类陶瓷体含有相互交联金属的通道，不仅在连结表面，而且在陶瓷体的所有暴露表面，以及用以补充第一类陶瓷体中的联结金属。而另外加入的母体金属表面（如下文对图2所述）都会发生熔融金属氧化和氧化反应产物生长。用在其它表面使用阻挡层方法，能够将氧化反应产物的生长限制在要连结的表面上。如1986.5.8，提交的转让给同一受让者的未决美国专利申请861024中所述，适当的阻挡层能把氧化反应的生长或发展限制在某一边界或区域内。适用的阻挡层可是化合物，单质元素，复合物等材料，但在所处的工艺条件下，它应保持整体性，不挥发;它对气相氧化剂既可是通透的也可是不通透的，但是，它应具有局部地抑制，停止，干涉，防止，毒化，氮化产物生长的能力。它对铝为母体金属空气为氧化剂体系，适用的阻挡材料有硫酸钙（Paris 石膏），硅酸钙，卜特兰水泥，磷酸三钙及其混合物，如图所示。常用浆或膏的形式施加到陶瓷体和母体金属表面。这些材料的阻挡物非常适用于限制或防止空气中的熔融铝的氧化反应产物：氧化铝的生长，由此使生长朝连结区进行。
图1示出阻挡层（为表示清楚，已部分去掉），涂加在第一类陶瓷体2的所有裸露表面，这样就使第一类陶瓷体2中剩留金属的氧化反应和氧化反应产物的生长限制在陶瓷体2的连结表面，即它正对或毗邻第二类陶瓷4相应表面的表面。
在本方法中，产生连结层所需要的熔融金属是由第一类陶瓷体提供;有可能在原来形成这种陶瓷体的工艺条件下，即已往消耗掉了相互连结的金属，结果造成空穴或至少部分空穴的条件下，可以用与产生原来的第一类陶瓷体的母体金属相同或不同的另一个母体金属体与暴露的陶瓷体表面接触的方式，给第一类陶瓷体补充母体金属。图2表明这项技术，将母体金属体8置于与第一类陶瓷体2′的暴露表面（不是与第二类陶瓷体4′相对或毗邻的连结表面）毗邻的位置。除连结表面和与母体金属体8相接触的部分表面之外，第一类陶瓷体2′的所有表面上都用阻挡层6′覆盖，母体金属体8的所有暴露表面也用它覆盖。按前文所述，实现连结过程随着氧化反应产物形成熔融母体金属向连结表面渗透，在该处氧化反应产物构成连结层。即使第一类陶瓷含有相互联结的金属，也可提供附加的母体金属以防止由于金属被吸向表面而形成连结层，并在陶瓷体内产生空穴。
实例
为说明本发明的实用性，在4.8mm×7.9mm表面将两个4.8mm厚的陶瓷板端面对端面地连结。这两块板都从同一块通过熔融铝母体金属氧化反应而制成的陶瓷体加工而成，制作陶瓷体的母体金属是标称含2.4%的镁的铝合金5052，用一薄层SO2外掺杂，1175℃氧化120小时形成氧化铝陶瓷。这种陶瓷体内含相连的金属铝，铝在分散的延伸到表面的通道中。
将陶瓷板端面对端面地定位，并置于高纯度的氧化铝船形容器中的边缘上，流动空气中加热到1175℃，持续5小时。当冷却后，组配体的总重量增加了2.4%。通过一层0.018mm厚的新生长的氧化铝陶瓷，端面对端面地将板材牢固地连结在一起。另外，在其它暴露表面上，都生长了0.05mm厚的一层氧化铝陶瓷，包括与船型容器相接的面，并结实地粘结在一起。新生长的陶瓷比原来的陶瓷板具有更细致的微结构，分散得更细的铝在其中明显可见。用锤打船形容器使其裂开，打算收取连结的陶瓷板;所有的连结区域保持连结，说明在陶瓷板之间和陶瓷板与高纯度氧化铝船形容器之间的连结强度很高。