DE69623020T2

DE69623020T2 - Verfahren zum becshichten,verfahren zur herstellung von keramik-metall-strukturen, verfahren zum verbinden und so gebildete strukturen.

Info

Publication number: DE69623020T2
Application number: DE69623020T
Authority: DE
Inventors: V. Deshmukh; J. Ott; J. Pyzik; E. Rossow
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1996-06-24
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: KR100432075B1; JPH11508201A; EP0833698A1; JP2008012922A; TW408092B; JP4115521B2; MY132223A; US6123797A; WO1997000734A1; DE69623020D1; ATE222145T1; EP0833698B1; JP2008024589A; KR19990028330A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren zum Auftrag eines nicht benetzbaren Materials auf ein Substrat, auf Verfahren zur Herstellung von Keramikmetall-Strukturen so wie Bänder, auf Verfahren zum Binden zweier Keramikkörper aneinander und auf Strukturen, die durch diese Verfahren gebildet werden.
Mit den heutzutage immer weiter steigenden Anforderungen an verbesserte Materialien gibt es oft Beispiele, wo es wünschenswert wäre, ein Material zu besitzen mit Eigenschaften eines Metalls, so wie Festigkeit, Deformierbarkeit, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Schweißfähigkeit und die Stärke und Steifigkeit einer Keramik. Ein Weg, um so ein Hybridmaterial zu erreichen, bestünde darin, ein Metall und eine Keramik durch Auftragen eines Metalls auf ein keramisches Substrat zu schichten. Das resultierende geschichtete Material könnte verwendet werden, um herkömmliche Vorrichtungen herzustellen, aber da das Material die Vorteile eines Metalls mit einer Keramik verbinden würde, könnte die Vorrichtung kleiner und folglich leichter gemacht werden als Vorrichtungen, die aus vorhergehenden Materialien hergestellt werden, und doch wirksam für die beabsichtigte Verwendung bleiben.
Aber es stellt sich oft heraus, dass ein gewähltes Metall sich nicht gut auf eine gewählte Keramik auftragen lässt, weil die benetzenden Eigenschaften zwischen dem gewählten Metall und der Keramik nicht förderlich sind für eine Benetzung:
Es wäre auch wünschenswert, ein nicht benetzbares Metall auf ein keramisches Substrat aufzutragen und eine minimale Menge an Metalloxid im geschichteten Produkt zur Folge zu haben, da Metalloxide oft schädlich sind für Leitfähigkeit und Kraft.
Es gibt auch unzählige Beispiele dafür, wann es schwer ist, ein Material, das bei Raumtemperatur fest oder flüssig sein kann, auf ein Substrat der Wahl aufzutragen, weil die benetzenden Merkmale zwischen dem zu beschichtenden Material und dem Substrat-Material nicht förderlich sind für eine Benetzung.
Im besonderen Fachgebiet der Herstellung von Keramikmetall- Bändern, ist das einfachste gebräuchliche Verfahren eine Band-Gießtechnik. Diese Technik erfordert oft einen hohen Gehalt an Bindemitteln im gegossenen Band, was nicht wünschenswert ist, da die Bindemittel häufig schwer zu entfernen sind. Die Band-Gießtechnik erfordert auch oft die Verwendung von organischen Lösungsmitteln, um die Bänder zu gießen. Aber die Verwendung von organischen Lösungsmitteln ist im Hinblick auf Umweltaspekte nicht wünschenswert.
Ein anderes Problem mit gebräuchlichen Band-Gießtechniken ist, dass die Entwicklung von Formulierungen, die sowohl für Keramikpulver als auch für Metallpulver geeignet sind, keine leichte Aufgabe ist. Zusätzlich ist es schwierig, die Dicke der Bänder, die mit gebräuchlichen Techniken hergestellt werden, zu kontrollieren. Ein weiteres Problem der gebräuchlichen Band- Gießtechniken ist, dass die gebildeten Bänder porös sind und während der Verdichtung bei erhöhten Temperaturen in allen Dimensionen zusammenschrumpfen und typischerweise für die Bearbeitung unerwünscht hohe Temperaturen benötigen.
In der Keramikindustrie gibt es auch einen Bedarf an verbesserten Wegen zur Bindung zweier Keramikkörper aneinander. Oft werden zwei Keramikkörper durch eine andere Keramik miteinander verbunden. Die so gebildete Keramik-Verbindungsstelle besitzt gute Stärke, aber sobald die Verbindungsstelle zusammenbricht, bricht sie in einer katastrophalen Art und Weise zusammen. Wenn eine Metall-Verbindungsstelle verwendet wird, um zwei Keramikkörper miteinander zu verbinden, besitzt die Metall-Verbindungsstelle typischerweise eine geringere Stärke als eine Keramik-Verbindungsstelle, aber sie ist fähig, sich mit langsamer Rissausbreitung zu verformen und besitzt deswegen einen weniger sprunghaften Vollausfall als eine Keramik-Verbindungsstelle. Deswegen ist es wünschenswert, einen Weg für die Verbindung zweier Keramikkörper miteinander zu haben, der den Vorteil der großen Stärke einer Keramik-Verbindungsstelle genauso wie den charakteristisch geringeren sprunghaften Vollausfall einer Metall-Verbindungsstelle besitzt.
Deswegen ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Struktur eines nicht benetzbaren Materials auf einem festen Substrat bereitzustellen und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Es ist noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Keramikmetall-Strukturen, so wie Bänder bereitzustellen, wobei das Verfahren wenig oder keine Bindemittel oder organische Lösungsmittel benötigt, für viele verschiedene Keramikmetall- Formulierungen anwendbar ist, eine leichte Kontrolle der Dicke des Bands ermöglicht, ziemlich dichte Bänder bildet, so dass eine geringe oder keine Schrumpfung während der Verdichtung bei erhöhten Temperaturen auftritt und keine unerwünscht hohen Bearbeitungstemperaturen erfordert.
Es ist noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Struktur von zwei miteinander verbundenen Keramikkörpern bereitzustellen, die eine hohe Bindefestigkeit und eine langsame Rissausbreitung besitzt und ein Verfahren zur Verbindung von zwei Keramikkörpern miteinander.
Um die vorausgehenden Ziele zu erreichen, ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Auftrag eines nicht benetzenden, verflüssigbaren Materials auf die Oberfläche eines Substrats, welches durch das nicht benetzende, verflüssigbare Material nicht benetzbar oder nur schlecht benetzbar ist. Das Verfahren umfasst (a) Abscheiden einer Schicht von Pulverteilchen auf der Oberfläche des Substrats, wobei die Pulverteilchen durch das nicht benetzende, verflüssigbare Material benetzbar sind; (b) In Kontakt bringen des nicht benetzenden, verflüssigbaren Materials mit der Schicht aus Pulverteilchen; und (c) Ermöglichen, dass das nicht benetzende, verflüssigbare Material zwischen den Pulverteilchen in der Schicht eine Dochtwirkung ausübt und mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt kommt, wobei die Oberfläche des Substrats mit dem nicht benetzenden, verflüssigbaren Material beschichtet wird.
Spezieller kann das nicht benetzende, verflüssigbare Material aus organischen Flüssigkeiten, anorganischen Flüssigkeiten, polymeren Materialien, Glas oder Metall gebildet werden, das Substrat kann aus Metall, Glas, Keramik und Verbundstoffen aus Keramik und Metall gebildet werden und die Pulverteilchen können aus Metall, Keramik oder Gemischen daraus gebildet werden. Bevorzugt werden die Pulverteilchen in einer Schicht mit einer Dicke von 1 bis 25 Mikrometer und einer Porosität von 50 bis 90 Prozent abgelagert und die Pulverteilchen besitzen eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,1 Mikrometer bis 50 Mikrometer. Vorteilhaft ist es, wenn das nicht benetzende, verflüssigbare Material mit mindestens 50 Prozent der Oberfläche des Substrats, das mit der Schicht der Pulverteilchen bedeckt wurde, in Kontakt kommt.
Die Schichtstruktur, die durch das unmittelbar oben beschriebene Verfahren gebildet wird, schließt ein festes Substrat, eine Beschichtung aus nicht benetzendem verflüssigbarem Material, die auf eine Oberfläche des festen Substrats anhaftend aufgetragen ist und Pulverteilchen, die in der Beschichtung aus dem benetzenden, verflüssigbaren Material dispergiert sind, ein. Bevorzugt ist das nicht benetzende, verflüssigbare Material in der geschichteten Struktur im Wesentlichen durchgehend auf die Oberfläche des festen Substrats aufgetragen. Der Begriff "im Wesentlichen durchgehend aufgetragen", wie hierin verwendet, bedeutet, dass das nicht benetzende, verflüssigbare Material mit mindestens 50 Prozent der Oberfläche des festen Substrats, auf das es geschichtet wird, in Kontakt kommt.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikmetall-Bands. Das Verfahren umfasst (a) Abscheiden einer Schicht eines nicht benetzbaren Keramikpulvers auf einer festen Form; (b) Abscheiden einer Schicht eines benetzbaren Pulvers auf der Schicht des nicht benetzenden Keramikpulvers; (c) In Kontakt bringen eines Metalls mit der Schicht des benetzbaren Pulvers; (d) Erhitzen des Metalls auf eine Temperatur, bei der das Metall schmilzt und durch die Schicht des benetzbaren Pulvers und um die Einzelteilchen des benetzbaren Pulvers herum eine Dochtwirkung ausübt, wobei es mit der Schicht des nicht benetzbaren Keramikpulvers in Kontakt kommt, um eine Metall-infiltrierte Struktur zu bilden; und (e) Kühlen der Metallinfiltrierten Struktur, um das Metall zu verfestigen, wobei ein Keramikmetall- Band auf der festen Form gebildet wird. In diesem Aspekt ist das nicht benetzbare Keramikpulver nicht vom geschmolzenen Metall benetzbar und das benetzbare Pulver vom geschmolzenen Metall benetzbar.
Die so gebildeten Keramikmetall-Bänder können aufeinander geschichtet werden und die Schichtstruktur kann auf eine Temperatur erhitzt werden, die eine Bindung der geschichteten Keramikmetall-Bänder und die Bildung einer Keramikmetall-Struktur bewirkt.
Noch ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, um Keramikkörper miteinander zu verbinden. Das Verfahren schließt (a) Beschichten einer Oberfläche eines ersten Keramikkörpers mit nicht reaktiven Pulverteilchen und reaktiven Pulverteilchen; (b) Anstoßen einer Oberfläche eines zweiten Keramikkörpers gegen die beschichtete Oberfläche des ersten Keramikkörpers; (c) In Kontakt bringen der Beschichtung zwischen dem ersten Keramikkörper und dem zweiten Keramikkörper mit einem Metall; (d) Erhitzen des Metalls auf eine Temperatur für eine ausreichende Zeitdauer, so dass das Metall durch die Beschichtung der Pulverteilchen, um die einzelnen Pulverteilchen herum infiltriert und die zwei Keramikkörper berührt; und (e) Kühlen des infiltrierten Metalls, bis das Metall sich verfestigt, wobei die zwei Keramikkörper aneinander binden. Die nicht reaktiven Pulverteilchen sind nicht reaktiv mit dem infiltrierten Metall und die reaktiven Pulverteilchen sind reaktiv mit dem infiltrierten Metall.
Die Schichtstruktur, gebildet durch das unmittelbar oben beschriebene Verfahren, schließt (a) einen ersten Keramikkörper; (b) eine Metall infiltrierte Schicht, gebunden an den ersten Keramikkörper und (c) einen zweiten Keramikkörper, gebunden an die Metall-infiltrierte Schicht ein. Die Metallinfiltrierte Schicht enthält reaktives Material, nicht reaktives Material und Metall, worin das reaktive Material reaktiv gegenüber dem Metall ist und das nicht reaktive Material nicht reaktiv gegenüber dem Metall ist.
Andere Ziele, charakteristische Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bereitwillig geschätzt werden, wenn dieselben nach dem Lesen der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden.
Fig. 1 veranschaulicht einen Schritt im Verfahren einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin ein verflüssigbares Material mit einer Schicht von Pulverteilchen, die auf ein Substrat aufgebracht wurde, in Kontakt gebracht wird.
Fig. 2 zeigt die Schichtstruktur, die durch das teilweise in Fig. 1 veranschaulichte Verfahren gebildet wurde.
Fig. 3 veranschaulicht einen Schritt im Verfahren einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin ein Metall mit einer Schicht eines benetzbaren Pulvers auf einer Keramikform in Kontakt gebracht wird.
Fig. 4 veranschaulicht einen anderen Schritt im Verfahren der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform.
Fig. 5 zeigt ein Keramikmetall-Band, gebildet durch das in den Fig. 3 und 4 veranschaulichte Verfahren.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Auftrag eines nicht benetzenden, verflüssigbaren Materials auf ein Substrat, das durch das nicht benetzende, verfüssigbare Material nicht oder nur schlecht benetzbar ist. Das Verfahren schließt im Allgemeinen die Schritte (a) Abscheiden einer Schicht von Pulverteilchen, die durch das nicht benetzende verflüssigbare Material benetzbar sind, auf der Oberfläche des Substrats, (b) In Kontakt bringen des verflüssigbaren Materials mit der Schicht aus Pulverteilchen; und (c) Ermöglichen, dass das verflüssigbare Material zwischen den Pulverteilchen eine Dochtwirkung ausübt und mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt kommt, wobei die Oberfläche des Substrats im Wesentlichen durchgehend beschichtet wird.
Das Substrat kann jegliche Form besitzen und beispielsweise aus Metall, Glas, Keramik oder einem Keramikmetall-Verbundwerkstoff gebildet sein. Beispiele für Keramiken, die das Substrat bilden können, schließen AlN, SiC, Al&sub2;O&sub3;, Si&sub3;N&sub4;, und B&sub4;C ein. Das Substrat kann durch jede geeignete Technik gebildet werden, so wie Schlickerguss, Pressung, Bandguss, Extrudieren oder Spritzguss. Wenn ein Substrat mit einer hohen Dichte benötigt wird, kann eine Rohware durch Techniken so wie Sintern, Warmpressen, isostatischem Warmpressen oder Infiltrieren eines Materials in das Substrat verdichtet werden.
Das verflüssigbare Material, das aufgetragen werden soll, kann jedes verflüssigbare Material sein, das bedeutet, jedes Material das flüssig ist oder flüssig gemacht werden kann, beispielsweise durch Schmelzen. Wenn das verflüssigbare Material, das aufgetragen werden soll, schmelzbar ist, sollte das schmelzbare Material bei einer Temperatur schmelzen, die niedriger ist als die Temperatur, bei der das Substrat oder die Pulverteilchen schmelzen oder umfassend miteinander reagieren. Es ist bevorzugt, dass die Schicht des verflüssigbaren Materials fähig ist, entweder durch chemische oder physikalische Wechselwirkung an das Substrat anzuhaften.
Kennzeichnende Beispiele von verflüssigbarem Materials sind organische oder anorganische Flüssigkeiten, Glas, polymere Materialien und Metalle, einschließlich Metall-Legierungen. Polymere Materialien schließen Thermoplaste und polymere Flüssigkeiten ein. Beispiele für Metalle schließen Aluminium, Kupfer, Magnesium, Kobalt, Eisen, Molybdän und Nickel ein. Eine beispielhafte Metall-Legierung ist Molybdän-Nickel.
Die erste Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung stellt die Fähigkeit bereit, eine Flüssigkeit auf einen Feststoff aufzutragen, wenn die Flüssigkeit und der Feststoff durch ein nicht benetzendes Verhalten charakterisiert sind. Man kann in einer besonderen Gashülle durch Messung des Kontaktwinkels einer Flüssigkeit oder eines verflüssigten Tropfens des Materials (B) auf einen dichten Körper aus Material (A) in der gewählten Gashülle bestimmen, ob ein Material (A) durch Material (B) benetzbar oder nicht benetzbar ist. Wenn Material (B) bei Raumtemperatur fest ist, dann muss das Material (B) bis zu seinem Schmelzpunkt erhitzt werden, um den Kontaktwinkel zu messen. Der Kontaktwinkel ist der Winkel zwischen der Grenzfläche von flüssig-gasförmig und der Grenzfläche von flüssig-fest.
Material (A) wird als benetzbar durch Material (B) betrachtet, wenn der Kontaktwinkel weniger als 90º beträgt. Wenn eine benetzbare Zusammensetzung erwünscht ist, wird es vorgezogen, dass der Kontaktwinkel weniger als 45º und mehr bevorzugt weniger als 25º ist. Material (A) wird als nicht benetzbar durch Material (B) betrachtet, wenn der Kontaktwinkel gleich oder größer als 90º ist.
Die Pulverteilchen, die auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden sollen, müssen durch das verflüssigbare Material benetzbar sein. Die Zusammensetzung der Pulverteilchen wird so gewählt, dass, wenn das verflüssigbare Material verflüssigt und mit der Schicht der Pulverteilchen in Kontakt gebracht wird, das verflüssigbare Material aufgrund von Kapillarwirkung zwischen die Pulverteilchen fließt. Die Pulverteilchen müssen nicht die Fähigkeit besitzen, chemisch oder mechanisch an das Substrat zu binden. Oft ist es erwünscht, dass die Pulverteilchen nicht oder nur schwach an das Substrat binden, nachdem sie den Bedingungen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung unterzogen wurden.
Beispielhafte Materialien, die die Pulverteilchen bilden können, schließen Metalle, Keramiken und Gemische davon ein. Einige Beispiele von Kombinationen von Substanzen für die Pulverteilchen und verflüssigbaren Materialien schließen W und Cu, Ti und Mg, WC und Co, TiC und Co, WC und Fe, MoSi&sub2; und AI, TiC und Mo, B&sub4;C und Al, TiB&sub2; und Al, TiC und Al, SiB&sub4; und Al, TiB&sub2; und Ni und TiC und Mo-Ni ein.
Es ist bevorzugt, dass die Pulverteilchen eine Teilchengröße von 0,1 bis 50 Mikrometer, mehr bevorzugt von 1 bis 25 Mikrometer und am meisten bevorzugt von 1 bis 5 Mikrometer besitzen.
Die Pulverteilchen können durch viele Techniken auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden. Beispielsweise können die Pulverteilchen in einer Flüssigkeit dispergiert und abgeschieden werden, zum Beispiel durch Sprühen, Bürsten oder Drucken. Drucktechniken erlauben es, die Pulverteilchen in einem Muster auf dem Substrat abzuscheiden. Man kann auch Techniken so wie chemische Bedampfung, Plasma-unterstützte Abscheidung oder Ionenstrahl- Zerstäubung verwenden. Wenn die Pulverteilchen als eine Dispersion abgeschieden werden, wird die Schicht der Pulverteilchen bevorzugt vor der Infiltrierung des Metalls getrocknet.
Es ist bevorzugt, dass die Pulverteilchen auf dem Substrat in einer Trockendicke von 1 bis 500 Mikrometer, mehr bevorzugt von 3 bis 150 Mikrometer und am meisten bevorzugt von 5 bis 100 Mikrometer abgeschieden werden. Typischerweise werden die Pulverteilchen in einer Dicke von einer bis 20 Einzellagen abgeschieden, bevorzugt mindestens zwei Einzellagen dick.
Die Schicht der getrockneten Pulverteilchen besitzt bevorzugt eine Porosität von 50 bis 90 Prozent, mehr bevorzugt von 60 bis 80 Prozent und am meisten bevorzugt von 70 bis 80 Prozent. Wegen der Porosität der Pulverteilchen-Schicht ist die Pulverteilchen-Schicht entlang der Oberfläche des Substrats diskontinuierlich.
Besitzt das Substrat einmal eine trockene Pulverteilchen-Schicht auf sich, wird die Pulverteilchen-Schicht mit dem verflüssigbaren Material in Kontakt gebracht, entweder durch Anordnen des verflüssigbaren Materials direkt auf der Pulverteilchen-Schicht oder lediglich durch Berühren eines Anteils der Pulverteilchen-Schicht mit dem verflüssigbaren Material.
Fig. 1 veranschaulicht diesen Schritt des Verfahrens, worin ein Block eines verflüssigbaren Materials 10 (gezeigt als Metall) auf einer Schicht 12 aus Pulverteilchen (auch als Metall gezeigt) ruht, die auf einer Oberfläche des Substrats 14 abgeschieden wurden. Wie veranschaulicht, ist die Schicht 12 der Pulverteilchen porös und mit dem Substrat 14 diskontinuierlich in Kontakt.
Wenn das verfüssigbare Material bei Raumtemperatur flüssig ist, wird das verflüssigbare Material zwischen den Pulverteilchen und um die Pulverteilchen herum eine Dochtwirkung ausüben und wird schließlich dazu gezwungen werden, die Oberfläche des Substrats zu berühren. Außerdem ist es wünschenswert, dass das verflüssigbare Material fähig ist, unter die Pulverteilchen angrenzend an die Oberfläche des Substrats zu fließen, folglich das Ausmaß der Kontaktfläche zwischen dem verflüssigbaren Material und dem Substrat zu vergrößern. Die Vergrößerung der Kontaktfläche hilft, die Adhäsion des verflüssigbaren Materials, das das Substrat beschichtet, zu erhöhen.
Wenn das verflüssigbare Material bei Raumtemperatur fest ist, wird das verflüssigbare Material auf eine erhöhte Temperatur und für eine ausreichende Zeitdauer erhitzt, so dass das verflüssigbare Material schmilzt und eine Dochtwirkung ausübt zwischen den Pulverteilchen und bevorzugt zwischen mindestens einigen der Pulverteilchen und der Oberfläche des Substrats. Das Erhitzen des verflüssigbaren Materials wird typischerweise unter Vakuum durchgeführt.
Wenn die Dochtwirkung des verflüssigbaren Materials abgeschlossen ist, fließt das verflüssigbare Material bevorzugt um die Pulverteilchen herum und kommt mit mindestens 50 Prozent, mehr bevorzugt mindestens 80 Prozent, am meisten bevorzugt mindestens 95 Prozent der Oberfläche des Substrats, die ursprünglich mit Pulverteilchen belegt war, in Kontakt. Als ein Ergebnis des Auftrags des verflüssigbaren Materials auf die Oberfläche des Substrats bleibt die Pulverteilchen-Schicht diskontinuierlich auf der Oberfläche des Substrats oder kommt nicht mit ihr in Kontakt. Die resultierende Beschichtung aus verflüssigbarem Material besteht im Wesentlichen aus isolierten Pulverteilchen, die von einer durchgehenden Schicht des verflüssigbaren Materials umgeben sind. Das verflüssigbare Material ist in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Substrats, das sonst nicht durch das verflüssigbare Material benetzbar ist. Gleiche Versuche, die ohne die Pulverteilchen-Schicht durchgeführt wurden, führen zum Fehlen einer durchgehenden Beschichtung auf dem Substrat, da wegen der schlechten Benetzung des verflüssigbaren Materials auf dem Substrat das verflüssigbare Material nicht in der Lage ist, sich auf dem Substrat auszubreiten.
Fig. 2 veranschaulicht die Schichtstruktur, die durch das Verfahren der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird. Metall 10 infiltrierte in die Schicht 12 der Pulverteilchen und um die einzelnen Pulverteilchen herum, bis es einen durchgehenden Kontakt mit der Oberfläche des Substrats 14 hatte.
Der Gehalt an Pulverteilchen in der Verbundschicht aus Pulverteilchen/verflüssigbarem Material kann typischerweise von 5 bis 25 Gewichtsprozent getragen bezogen auf das Gewicht der Verbundschicht.
Wenn das verflüssigbare Material ein Metall ist, ist ein Vorteil dieses Verfahrens, dass in der resultierenden Substrat-Beschichtungs-Grenzfläche eine minimale Menge an unerwünschtem Metalloxid vorhanden ist. Das vorliegende Verfahren hat eine geringe Menge an Metalloxid in der Grenzfläche Substratverflüssigbares Material zur Folge, weil das flüssige Metall während des Beschichtungsverfahrens beweglich ist und eine oxidierte Oberflächenschicht hinter sich lässt, während es in die Pulverteilchen-Schicht infiltriert. Deswegen ist die Grenzfläche frei von Oberflächenoxiden, die typischerweise in Produkten vorhanden sind, die durch andere Verfahren, die Metallfolien oder Teilchen verwenden, hergestellt werden. Eine frische, saubere Metalloberfläche in Berührung mit dem Substrat trägt dazu bei, die chemische Diffusion zwischen dem Metall und dem Substrat zu erhöhen, folglich die Adhäsion und die Bindung zwischen den beiden zu verbessern.
Die Metall-infiltrierte Schicht der Schichtstruktur kann verwendet werden als Wärmeleiter, als elektrischer Leiter, als versteifende Barriere oder als Schweißzone, oder sie kann zur Reaktion gebracht oder oxidiert werden, um einen chemischen und/oder mechanischen Schutzüberzug zu bilden.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikmetall-Bands. Das Verfahren schließt die Schritte (a) Abscheiden einer Schicht eines nicht benetzbaren Keramikpulvers auf einer geformten festen Form; (b) Abscheiden einer Schicht eines benetzbaren Pulvers auf der Schicht des nicht benetzenden Keramikpulvers; (c) In Kontakt bringen eines Metalls mit der Schicht des benetzbaren Pulvers; (d) Erhitzen des Metalls auf eine Temperatur, bei der das Metall eine Dochtwirkung zwischen den Teilchen der Schicht des benetzbaren Pulvers ausübt und mit der Schicht des nicht benetzbaren Keramikpulvers in Kontakt kommt, um eine Metall-infiltrierte Struktur zu bilden; und (e) Kühlen der Metall-infiltrierten Struktur, um das Metall zu verfestigen und ein Keramikmetall-Band auf der festen Form zu bilden, ein. Das nicht benetzbare Keramikpulver stoppt den Metallfluss, wodurch es ermöglicht wird, das Band von der festen Form zu trennen, wenn die Infiltrierung und Abkühlung abgeschlossen ist.
Das Verfahren der zweiten Ausführungsform verwendet das Verfahren der ersten Ausführungsform. In der ersten Ausführungsform wird einem verflüssigbaren Material erlaubt, eine Dochtwirkung zwischen Pulverteilchen und um Pulverteilchen herum auf einer Oberfläche eines Substrats auszuüben. In der zweiten Ausführungsform ist das verflüssigbare Material geschmolzenes Metall und das Substrat eine feste Form mit einer Schicht eines nicht benetzbaren Keramikpulvers darauf.
Die feste Form, die in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann eine flache Oberfläche besitzen oder profiliert sein und ist typischerweise aus Keramik gebildet. Wenn die feste Form als Modelloberfläche verwendet und anschließend entfernt werden soll, dann ist die feste Form bevorzugt aus einem Metall gebildet, das nicht bindend ist bezüglich des nicht benetzbaren Keramikpulvers, nachdem es den Bedingungen (Temperatur und Druck) des Verfahrens unterzogen wurde. Es ist auch bevorzugt, dass, wenn die feste Form entfernt werden soll, die feste Form aus einem Material gebildet wird, das nicht benetzbar ist durch das spezielle Metall im Verfahren.
Wenn die feste Form ein Teil der endgültigen Struktur bleibt, ist es bevorzugt, dass die feste Form aus einem Material gebildet ist, das an das nicht benetzbare keramische Pulver bindet, während es den Bedingungen (Temperatur und Druck) der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterzogen wird.
Das Binden, Nicht-Binden und benetzende Wechselwirkungen zwischen der festen Form und den anderen Materialien können empirisch bestimmt werden.
Wie erwähnt, ist das nicht benetzbare Keramikpulver durch das im Verfahren verwendete Metall nicht benetzbar. Die Definition von nicht benetzbar ist dieselbe wie die oben für die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erörterte Definition. Das nicht benetzbare Keramikpulver ist vorhanden, um als eine Grenzschicht zu fungieren, wobei das Metall vom Kontakt mit der festen Form ferngehalten wird.
Bevorzugt besitzt das nicht benetzbare Keramikpulver eine Teilchengröße von 0,01 bis 100 Mikrometer, mehr bevorzugt von 0,01 bis 10 Mikrometer und am meisten bevorzugt von 0,01 bis 1 Mikrometer.
Die nicht benetzbare Keramikpulver-Schicht kann durch dieselben oben erörterten Techniken abgeschieden werden, wie sie für die Pulverteilchen der ersten Ausführungsform vorgeschlagen sind. Wenn die nicht benetzbare Keramikpulver-Schicht als eine Dispersion aufgetragen wird, wird die Schicht trocknen gelassen.
Es ist bevorzugt, dass die trockene Schicht des nicht benetzbaren Keramikpulvers eine Dicke von 0,1 bis 100 Mikrometer besitzt, mehr bevorzugt von 1 bis 50 Mikrometer und am meisten bevorzugt von 1 bis 25 Mikrometer. Typischerweise ist die nicht benetzbare Keramikpulver-Schicht von 1 bis 10 Einzelschichten dick.
Es ist bevorzugt, dass die trockene Schicht des nicht benetzbaren Keramikpulvers eine Porosität von 40 bis 80 Prozent besitzt, mehr bevorzugt von 40 bis 70 Prozent und am meisten bevorzugt von 40 bis 60 Prozent. Wie hierin oben erwähnt sind die benetzbaren Pulverteilchen durch das Metall, das zwischen ihnen eine Dochtwirkung ausübt, benetzbar. Die Definition von benetzbar und die bevorzugten Kontaktwinkel sind dieselben, wie die für die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erörterten. Die Zusammensetzung des benetzbaren Pulvers wird so gewählt, dass, wenn das Metall geschmolzen ist und mit dem benetzbaren Pulver in Kontakt gebracht wird, das geschmolzene Metall wegen der Kapillarwirkung zwischen die Teilchen des benetzbaren Pulvers fließt. Das benetzbare Pulver muss nicht fähig sein, chemisch oder mechanisch an das Substrat zu binden. Typischerweise ist das benetzbare Pulver aus einer Keramik oder einem Metall gebildet.
Das benetzbare Pulver kann durch dieselben Techniken abgeschieden werden, wie für den Auftrag der Pulverteilchen in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die bevorzugte Teilchengröße des benetzbaren Pulvers und die bevorzugten Eigenschaften der benetzbaren Pulverschicht, so wie Dicke und Porosität, hängen von den erwünschen Bandeigenschaften ab. Typischerweise ist die Teilchengröße des benetzbaren Pulvers von 0,1 bis 50 Mikrometer, der Feststoffanteil der benetzbaren Pulverschicht beträgt von 10 bis 50 Prozent (das bedeutet, dass die Porosität der benetzbaren Pulverschicht von 50 bis 90 Prozent beträgt) und die Banddicke reicht von 5 bis 1000 Mikrometer.
Das Metall, das eine Dochtwirkung zwischen den Teilchen des benetzbaren Pulvers ausübt, kann ein elementares Metall, eine Legierung oder ein Gemisch daraus sein. Um die Dochtwirkung des Metalls zwischen den Teilchen zu erreichen, wird das Metall zuerst mit der benetzbaren Pulverschicht in Kontakt gebracht. Das Verfahren des in Kontakt bringen ist nicht wichtig. Zum Beispiel kann das Metall völlig auf die benetzbare Pulverschicht gelegt werden oder es kann lediglich mit einem Anteil der benetzbaren Pulverschicht in Kontakt gebracht werden.
Fig. 3 veranschaulicht das in Kontakt bringen des Metalls mit der Beschichtung aus benetzbarem Pulver, worin Metall 20 auf der Beschichtung 22 eines benetzbaren Pulvers ruht, das auf der Beschichtung 24 eines nicht benetzbaren Pulvers abgelagert wurde, das wiederum auf der keramischen Form 26 abgelagert wurde.
Nach dem in Kontakt bringen des Metalls mit dem benetzbaren Pulver wird das Metall auf eine Temperatur erhitzt, bei der das Metall eine Dochtwirkung ausübt zwischen den Teilchen und um die Teilchen des benetzbaren Pulvers herum, bis das Metall das nicht benetzbare Keramikpulver berührt, wie in Fig. 4 gezeigt. Das Metall übt im Allgemeinen keine Dochtwirkung zwischen den Teilchen des nicht benetzbaren Keramikpulvers aus. Der Hitzeschritt der zweiten Ausführungsform wird typischerweise unter Vakuum oder in einer Schutzgas-Atmosphäre durchgeführt.
Nach dem Erhitzen des Metalls und nachdem wie gewünscht eine Ausübung der Dochtwirkung zwischen den Teilchen ermöglicht wurde, wird eine Abkühlung der Schichtstruktur, die die feste Form einschließt, der Schicht des nicht benetzbaren Keramikpulvers, das auf der Oberfläche der festen Form abgeschieden wurde, der Schicht des benetzbaren Pulvers, umgeben von einer durchgängigen Metall-Matrix ermöglicht, um das Metall zu verfestigen. Wenn die Zusammensetzungen aus der festen Form und dem nicht benetzbaren Keramikpulver gewählt werden, so dass die zwei während des Verfahrens nicht aneinander binden, kann die feste Form vom Rest der Struktur entfernt werden, der aus einer Schichtstruktur besteht, mit einer Schicht bestehend aus einer nicht benetzbaren Keramik und einer zweiten Schicht bestehend aus einem benetzbaren Pulver, das mit Metall infiltriert ist. Die Schicht des nicht benetzbaren Keramikpulvers kann leicht entfernt werden von der Schicht des benetzbaren Pulvers, das mit Metall infiltriert ist, durch mehrere Techniken einschließlich mechanischem Schleifen oder Bürsten. Das benetzbare Pulver, das mit Metall infiltriert ist, kann als ein Keramikmetall-Band betrachtet werden, welches in Fig. 5 gezeigt ist.
Die Menge an Keramik in dem Keramikmetall-Band hängt vom Verfahren der Ablagerung des Keramikpulvers und der Teilchengröße des Keramikpulvers ab, kann aber typischerweise von 10 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Bands, variieren.
Das so gebildete Keramikmetall-Band besitzt typischerweise eine Dichte von mindestens 95 Prozent der theoretischen Maximaldichte. Abhängig von der Form der festen Form kann das Band flach sein oder eine komplexe Geometrie besitzen.
Die so gebildeten Keramikmetall-Bänder können zusammengeschichtet werden und die geschichteten Bänder können auf eine Temperatur erhitzt werden, die eine Bindung der Bänder aneinander bewirkt. Die Temperatur für eine Bindung kann eine Metallverformungs-Temperatur sein, die unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls liegt, aber hoch genug ist, um das Metall unter Druck deformierbar zu machen. In einer anderen Form kann die Temperatur für eine Bindung von zwei Bändern aneinander die Diffusions-Sinter- Temperatur sein, worin die Temperatur hoch genug ist, um eine Diffusion des Metalls in die angrenzende Keramikschicht zu bewirken. Die Schichtung der Keramikmetall-Bänder kann zwei oder mehr Schichten einbeziehen und kann Schichten aus verschiedenen Zusammensetzungen einbeziehen.
Beispielhafte Kombinationen von Materialien, worin die feste Form nach dem Hitzeschritt entfernt werden kann, sind in der folgenden Tabelle gezeigt.
Einzelbänder und Verbundstoffe aus mehreren Bändern, die durch das Verfahren der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet werden, können in der Elektronikindustrie als elektronische Substrate und Festplattenlaufwerk-Bestandteile verwendet werden. Die Bänder und Verbundstoffe können auch für Konstruktionsanwendungen so wie leichtgebaute Automobilbremsen, Roboterarme und Kupplungen verwendet werden.
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Allgemeinen ein Verfahren für die Bindung von Keramikkörpern aneinander unter Verwendung eines reaktiven Pulvers, eines nicht reaktiven Pulvers und eines Metalls. Das Verfahren schließt zuerst das Beschichten einer Oberfläche eines ersten Keramikkörpers mit reaktiven Pulverteilchen und nicht reaktiven Pulverteilchen ein. Gegebenenfalls kann eine Oberfläche eines zweiten Keramikkörpers auch beschichtet werden. Die reaktiven Pulverteilchen sind chemisch reaktiv mit dem gewählten speziellen Metall und die nicht reaktiven Pulverteilchen sind chemisch nicht reaktiv mit dem gewählten Metall. Eine Oberfläche eines zweiten Keramikkörpers wird dann gegen die beschichtete Oberfläche des ersten Keramikkörpers gestoßen. Die Beschichtung zwischen den zwei Keramikkörpern bestimmt die Bindezone. Die Beschichtung zwischen dem ersten Keramikkörper und dem zweiten Keramikkörper wird dann mit dem Metall in Kontakt gebracht und das Metall wird auf eine Temperatur für eine ausreichende Zeitdauer erhitzt, um zu bewirken, dass das Metall eine Dochtwirkung ausübt und durch die Beschichtung und um die einzelnen Teilchen der Beschichtung herum infiltriert, um schließlich mit den beiden Keramikkörpern in Kontakt zu kommen. Wenn man das Metall abkühlen und sich verfestigen lässt, sind die zwei Keramikkörper aneinander gebunden.
Die Keramikkörper, die aneinander gebunden werden sollen, können aus einer Keramik gebildet sein, wenig oder kein freies Metall besitzen, oder sie können aus einem Keramikmetall-Verbundwerkstoff gebildet sein. Die Keramikkörper können jede Größe oder Form besitzen. Die Keramikkörper können durch das infiltrierende Metall benetzbar oder nicht benetzbar sein. Zusätzlich können die Keramikkörper mit dem infiltrierenden Metall chemisch reaktiv oder chemisch nicht reaktiv sein. Wie dargelegt, sind die reaktiven Pulverteilchen chemisch reaktiv mit dem Metall, das in die Bindezone infiltriert wird. Das bedeutet, dass die reaktiven Pulverteilchen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die sind, die neue Materialphasen mit dem infiltrierenden Metall bilden. Im Gegensatz dazu sind die nicht reaktiven Pulverteilchen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, diese, die keine neuen Materialphasen mit dem infiltrierenden Metall bilden.
Sowohl die reaktiven als auch die nicht reaktiven Pulverteilchen müssen durch das infiltrierende Metall benetzbar sein nach der Definition für benetzbar, wie früher für die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die früher beschriebenen bevorzugten Kontaktwinkel treffen auch in dieser dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu.
Die reaktiven und nicht reaktiven Pulverteilchen besitzen bevorzugt eine Teilchengröße von 0,1 bis 10 Mikrometer und mehr bevorzugt von 0,5 bis 5 Mikrometer. Typischerweise sind die reaktiven und die nicht reaktiven Teilchen keramisch oder aus keramischen Gemischen.
Ein Auftrag der reaktiven und nicht reaktiven Pulverteilchen auf den oder die Keramikkörper kann durch eine von mehreren Arten erfolgen. Für eine Art der Beschichtung können zwei Keramikkörper anfänglich mit einer Schicht aus reaktiven Pulverteilchen und danach mit einer Schicht aus nicht reaktiven Pulverteilchen beschichtet werden. Die zwei Körper können dann mit ihren beschichteten Oberflächen aneinander gestoßen werden, um sie aneinander zu binden. In dieser Art der Beschichtung ist es bevorzugt, dass die Schichten aus reaktiven Pulverteilchen eine Dicke von 0,5 bis 100 Mikrometer, besonders von 0,5 bis 15 Mikrometer, mehr bevorzugt von 1-5 Mikrometer besitzen und die zwei Schichten aus nicht reaktiven Pulverteilchen besitzen eine Gesamtdicke von 1 bis 50 Mikrometer, mehr bevorzugt von 1 bis 10 Mikrometer besitzen. Die Schichten aus nicht reaktiven Pulverteilchen, die individuell bevorzugt sind, besitzen eine Dicke von 0,5 bis 25 Mikrometer und mehr bevorzugt von 0,5 bis 5 Mikrometer.
Für eine zweite Art der Beschichtung kann ein erster Keramikkörper anfänglich mit einer Schicht aus den reaktiven Pulverteilchen und danach mit einer Schicht aus den nicht reaktiven Pulverteilchen beschichtet werden und ein zweiter Keramikkörper kann nur mit einer Schicht der reaktiven Pulverteilchen beschichtet werden. Die zwei Körper können dann an ihren beschichteten Oberflächen aneinander gestoßen werden, um sie aneinander zu binden. Bei dieser Art der Beschichtung ist es bevorzugt, dass jede der Schichten aus reaktiven Pulverteilchen eine Dicke von 0,5 bis 15 Mikrometer besitzt, mehr bevorzugt von 1 bis 5 Mikrometer und dass die Schicht der nicht reaktiven Pulverteilchen eine Dicke von 1 bis 25 Mikrometer besitzt.
Als eine dritte Art der Beschichtung kann ein erster Keramikkörper anfänglich mit einer Schicht aus reaktiven Pulverteilchen und danach mit einer Schicht eines Gemischs aus reaktiven Pulverteilchen und nicht reaktiven Pulverteilchen beschichtet werden und ein zweiter Keramikkörper kann nur mit einer Schicht aus reaktiven Pulverteilchen beschichtet werden. Die zwei Körper können dann mit ihren Oberflächen aneinander gestoßen werden, um sie aneinander zu binden. Das Gemisch aus reaktiven und nicht reaktiven Pulverteilchen kann verschiedene Verhältnisse von reaktiven Pulverteilchen zu nicht reaktiven Pulverteilchen aufweisen, abhängig von den gewünschten Bindungsmerkmalen. Bevorzugt beträgt das Verhältnis von reaktiven Pulverteilchen zu nicht reaktiven Pulverteilchen von 75 : 25 bis 25 : 75, mehr bevorzugt von 50 : 50 bis 25 : 75. In dieser Art der Beschichtung ist es bevorzugt, dass jede der Schichten aus reaktiven Pulverteilchen eine Dicke von 1 bis 10 Mikrometer, mehr bevorzugt von 1 bis 5 Mikrometer besitzt und die Schicht des Gemischs aus reaktiven und nicht reaktiven Pulverteilchen eine Dicke von 5 bis 50 Mikrometer, mehr bevorzugt von 10 bis 20 Mikrometer besitzt.
In einer vierten, aber weniger bevorzugten Art der Beschichtung kann ein erster Keramikkörper mit einer Schicht eines Gemischs aus; reaktiven Pulverteilchen und nicht reaktiven Pulverteilchen beschichtet werden. Das Gemisch besitzt bevorzugt ein Verhältnis von reaktiven Pulverteilchen zu nicht reaktiven Pulverteilchen von 75 : 25 bis 25 : 75 und mehr bevorzugt von 50 : 50 bis 25 : 75. Ein zweiter Keramikkörper kann dann an die beschichtete Oberfläche des ersten Keramikkörpers gestoßen werden, um die zwei Körper aneinander zu binden. Bei dieser Art der Beschichtung ist es bevorzugt, dass die Schicht des Gemischs aus reaktiven und nicht reaktiven Pulverteilchen eine Dicke von 1 bis 50 Mikrometer, mehr bevorzugt von 5 bis 20 Mikrometer besitzt.
Die Schichten der reaktiven Pulverteilchen besitzen bevorzugt eine Porosität von 50 bis 90 Prozent und mehr bevorzugt von 75 bis 85 Prozent. Die Schichten der nicht reaktiven Pulverteilchen besitzen bevorzugt eine Porosität von 60 bis 90 Prozent und mehr bevorzugt von 70 bis 85 Prozent. Die Schichten der Gemische aus reaktiven und nicht reaktiven Pulverteilchen besitzen bevorzugt eine Porosität von 50 bis 90 Prozent und mehr bevorzugt von 70 bis 85 Prozent.
Die reaktiven und nicht reaktiven Pulverteilchen können durch viele Techniken auf die Keramikkörper aufgetragen werden. Zum Beispiel können die Pulverteilchen in Wasser dispergiert werden und beispielsweise durch Sprühen, Bürsten oder Drucken aufgebracht werden. Man kann auch Techniken so wie chemisches Aufdampfen, Plasma-verstärkte Abscheidung oder Ionenstrahlzerstäubung verwenden. Wenn die Pulverteilchen als Dispersion aufgeschichtet werden, wird die Schicht der Pulverteilchen bevorzugt vor der Infiltrierung des Metalls getrocknet.
Sobald die reaktiven und nicht reaktiven Pulverteilchen auf die verwendeten Keramikkörper aufgeschichtet wurden, werden die Keramikkörper mit ihren Oberflächen aneinander gestoßen, um sie zu verbinden. Die Beschichtung zwischen dem ersten Keramikkörper und dem zweiten Keramikkörper wird dann mit einem Metall in Kontakt gebracht. Das Metall kann ein elementares Metall oder eine Metall-Legierung sein. Der Schritt des in Kontakt bringen kann beispielsweise durch Anordnen des Metalls zwischen die beschichteten Oberflächen oder nur durch in Kontakt bringen eines äußeren Teils der beschichtenden Pulverteilchen erreicht werden.
Das in Kontakt gebrachte Metall wird dann auf eine Temperatur erhitzt für eine ausreichende Zeitdauer, so dass das Metall eine Dochtwirkung ausübt zwischen der Beschichtung und um die einzelnen Teilchen der Beschichtung herum, und schließlich mit den zwei Keramikkörpern in Kontakt kommt. Während des Hitzeschritts infiltriert das Metall in die Bindungszone aber es muss nicht in die Keramikkörper infiltrieren. Wenn die Keramikkörper dicht und/oder nicht benetzbar durch das Metall sind, wird das Metall im Allgemeinen nicht in die Keramikkörper infiltrieren.
Normalerweise ist es bevorzugt, dass das infiltrierende Metall kaum mit einem Teil der Außenfläche der Beschichtungen der Pulverteilchen in Kontakt kommt, weil die Technik, in der das Metall von der Außenfläche in die Bindungszone gezogen wird, die Menge an Metalloxid im endgültigen gebundenen Produkt minimiert, weil sich bewegendes geschmolzenes Metall eine minimale Menge an Metalloxid erbringt. Im Gegensatz dazu bleibt das Metalloxid ein Teil des endgültigen gebundenen Produkts, wenn das Metall und sein begleitendes Metalloxid mit den Beschichtungen aufeinandergeschichtet ist. Wenn das Metall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist, ist typischerweise die Temperatur zum Ausüben der Dochtfunktion von 1000ºC bis 1200ºC und die ausreichende Zeitdauer ist von 5 bis 45 Minuten. Bevorzugt wird der Hitzschritt unter Vakuum ausgeführt. Alternativ dazu kann eine Schutzgas-Atmosphäre verwendet werden.
Nach dem Hitzeschritt wird die Keramikkörper-Struktur gekühlt, typischerweise auf Raumtemperatur, wobei sich das Metall verfestigt und die Keramikkörper aneinander binden. Nach dem Abkühlen können die verbundenen Keramikkörper durch Erhitzen auf höchstens 800ºC hitzebehandelt werden.
Ein Beispiel für die Kombination von Materialien, die in der dritten Ausführungsform verwendet werden können, ist: B&sub4;C-Al als das Material, das die Keramikkörper bildet, B&sub4;C-Pulver als die reaktiven Pulverteilchen, TiB&sub2;-Pulver als die nicht reaktiven Pulverteilchen und Aluminium oder eine Aluminium- Legierung als das Metall. In dieser Kombination werden die Keramikkörper (B&sub4;C- Al) als benetzbar durch das Metall (Aluminium oder Aluminiumlegierung) betrachtet.
Eine alternative Kombination von Materialien für die dritte Ausführungsform ist dieselbe wie die vorhergehend beschriebene Kombination, mit der Ausnahme, dass die Keramikkörper aus Aluminiumnitrid gebildet sind. In dieser Kombination werden die Keramikkörper (AlN) als nicht benetzbar durch das Metall (Aluminium oder Aluminium-Legierung) betrachtet.
Das so gebildete Produkt ist eine Schichtstruktur, die einen ersten Keramikkörper, eine Metall-infiltrierte Schicht, die an den ersten Keramikkörper gebunden ist und einen zweiten Keramikkörper einschließt, der auch an die Metall-infiltrierte Schicht gebunden ist. Die Metall-infiltrierte Schicht beinhaltet reaktives Material, nicht reaktives Material und das infiltrierte Metall. Das reaktive Metall wird von den reaktiven Pulverteilchen und dem infiltrierten Metall gebildet und das nicht reaktive Material wird von den nicht reaktiven Pulverteilchen gebildet.
Abhängig vom Verfahren der Beschichtung können die reaktiven und nicht reaktiven Pulverteilchen, die Metall-infiltrierte Schicht der Schichtstruktur verschiedene Materialgradienten besitzen. Zum Beispiel wird die Metall-infiltrierte Schicht ein höheres Maß an reaktivem Material bezogen auf nicht reaktives Material in der Nähe der Keramikkörper besitzen, wenn reaktive Pulverteilchen zuerst auf den Keramikkörpern abgelagert werden. Dieser Anteil, der ein höheres Maß an reaktivem Material besitzt, kann als eine Schicht, die reich an reaktivem Material ist, bezeichnet werden. Die Schicht, die reich an reaktivem Material ist, kann, wenn vorhanden, von 0,5 bis 100 Mikrometer betragen, aber bevorzugt beträgt sie 0,5 bis 15 Mikrometer.
In der Schichtstruktur stellt das Material, das von den reaktiven Pulverteilchen gebildet wird, eine starke Bindung und Grenzflächenstärke bereit, das Metall stellt einen verformbaren Weg für die Rissausbreitung bereit und das Material, das von den nicht reaktiven Pulverteilchen gebildet wird, stellt eine Reaktionsschranke bereit. Ein Riss in der Schichtstruktur wird typischerweise an der spröden Grenzfläche beginnen, die aus den reaktiven Pulverteilchen und dem Metall gebildet wird. Der Riss wird dann gezwungen, sich durch die schwächere, noch mehr verformbare Schicht der nicht reaktiven Pulverteilchen/Metall- Verbundwerkstoff auszubreiten und verhält sich ähnlich wie ein Riss in Metall.
Vorteile der Bindung zweier Keramikkörper aneinander unter Verwendung des Verfahrens der dritten Ausführungsform sind, dass man eine bessere Kontrolle über die Grenzflächenstärke und die Art von Bruch hat, die typischerweise auftauchen wird. Außerdem wird das gebundene Produkt eine Mischung der positiven Merkmale einer Keramik und der positiven Merkmale eines Metalls besitzen.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung neue Strukturen bereit, gebildet aus nicht benetzbaren Materialien, die auf ein festes Substrat geschichtet sind, das normalerweise nicht benetzbar ist durch die nicht benetzbaren Materialien und Verfahren zu Herstellung derselben. Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung von Keramikmetall- Strukturen, so wie Bänder bereit das keine oder wenig Bindemittel oder organische Lösungsmittel benötigt, für viele Keramikmetall-Formulierungen anwendbar ist, eine leichte Kontrolle der Dicke des Bands erlaubt, ziemlich dichte Bänder bildet, so dass keine oder wenig Schrumpfung während des Sinterns auftritt und das keine unerwünscht hohen Bearbeitungs-Temperaturen benötigt. Außerdem stellt die vorliegende Erfindung eine Struktur aus zwei aneinander gebundenen Keramikkörpern bereit, die eine hohe Bindungsstärke und eine langsame Rissausbreitung aufweisen und Verfahren zur Bildung solcher Strukturen.
Die folgenden Beispiele sind nur zu illustratorischen Zwecken und sollten nicht als Beschränkung des Bereichs der Beschreibung oder der Ansprüche ausgelegt werden. Sofern nicht anders angemerkt, sind alle Teile und Prozentangaben pro Gewicht.
Für die Beispiele wurden Kontaktwinkel von verschiedenen Metallen auf verschiedenen Substraten gemessen. Dichte Substrate von AlN, B&sub4;C, Si&sub3;N&sub4;, TiB&sub2;, und W wurden bis zu einer 1 Mikrometer Oberflächen-Beschaffenheit poliert. Proben von 0,5 Gramm von verschiedenen Metallen wurden auf eine Fläche von 1 cm² der geglätteten Oberflächen gelegt. Die Metall/Substrat- Ansätze wurden in einen Schmelzofen gelegt, der mit Wolfram-Heizstäben, einer Teleskop-Beobachtungsvorrichtung der Ansätze ausgestattet war und einer Fotoausrüstung, die fähig ist, die Ansätze zu fotografieren. Nachdem die Ansätze in den Schmelzofen gestellt wurden, wurde das Innere des Schmelzofens unter einem Vakuum von 10&supmin;&sup4; Torr (13 mPA) gehalten und mit einer Rate von 20ºC/Minute auf 1200ºC aufgeheizt. Die Kontaktwinkel der Metalle auf den Substraten wurden anhand von Fotografien, die von den Ansätzen gemacht wurden, nachdem sie bei 1200ºC für 10 Minuten gehalten wurden, gemessen. Die Kontaktwinkel der Metalle auf den Substraten sind in der folgenden Tabelle gezeigt. Die ersten drei Kombinationen zeigen unbenetzendes Verhalten und die letzten drei Kombinationen zeigen benetzendes Verhalten.

BEISPIELE

Beispiel 1

Borcarbid-Pulver, hergestellt vom Elektroschmelzwerk Kempten, München, Deutschland, Spezifikation 1500, mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 3 Mikrometer wurde in einer Argon-Atmosphäre bei 1400ºC gebacken, um die Oberfläche des Borcarbids zu passivieren und es wieder mit Aluminium chemisch kompatibel zu machen. Das gebackene Borcarbid wurde in Wasser dispergiert mit einem Festkörperanteil von 25 Gewichtsprozent bei einem pH von 7, eingestellt durch die Zugabe von NH&sub4;OH.
Eine Oberfläche eines AlN-Substrats wurde mit der Dispersion des Borcarbid-Pulvers in der Form eines Baums, der drei Zweige besitzt, die sich von einem Stamm ausstrecken, bespritzt. Der Spritzüberzug auf dem AlN-Substrat wurde dann trocknen gelassen. Der Spritzüberzug besaß eine Dicke von etwa 10 Mikrometer, Aluminium-Metall wurde mit dem Spritzüberzug am Boden der baumförmigen, mit Borcarbid beschichteten Oberfläche in Kontakt gebracht und das mit Aluminium in Kontakt gebrachte AlN-Substrat wurde dann unter Vakuum auf 1160ºC erhitzt. Die Temperatur wurde bei 1160ºC für 12 Minuten gehalten. Auch wenn geschmolzenes Metall typischerweise Aluminiumnitrid nicht benetzt, hatte in diesem Experiment die gesamte baumförmige, mit Borcarbid beschichtete Oberfläche eine dünne Schicht aus Aluminium, die gut an das Aluminiumnitrid gebunden war. Ein polierter Querschnitt des beschichteten Substrats zeigte eine im Wesentlichen durchgehende Schicht aus einem Borcarbid-Aluminium-Verbundwerkstoff, der an das Aluminiumnitrid-Substrat gebunden war. Es wurde beobachtet, dass die direkte Kontaktfläche des Aluminiums mit dem Aluminiumnitrid größer als 75 Prozent war.

Beispiel 2

Titanborid-Pulver, hergestellt von Herman Starck, Deutschland, mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 4 Mikrometer wurde in Methanol bis zu einem Festkörperanteil von 25 Gewichtsprozent dispergiert. Ein Block heißgepresstes Siliziumnitrid wurde mit der Titanborid-Dispersion bespritzt. Die Titanborid-Schicht wurde trocknen gelassen und besaß eine Trockendichte von etwa 150 Mikrometer. Aluminiummetall wurde mit der Titanborid-Schicht in Kontakt gebracht und die Struktur wurde unter Vakuum um 540ºC pro Stunde auf 1160ºC erhitzt und die Temperatur wurde für 30 Minuten bei 1160ºC gehalten. Normalerweise benetzt Aluminium Siliziumnitrid nicht und der Kontaktwinkel unterhalb von 1200ºC ist höher als 90º. Aber in diesem Experiment benetzte Aluminium das Meiste des Siliziumnitrids, es blieben nur Stellen, die nicht mit ausreichend Titanborid beschichtet waren. Es wurde beobachtet, dass die direkte Kontaktfläche des Aluminiums mit dem Siliziumnitrid etwa 80% betrug.

Beispiel 3

Ein Schlamm aus Wolframpulver wurde hergestellt durch Dispergieren von Wolframpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1 bis 3 Mikrometer in Heptan bis zu einem Festkörperanteil von 15 Gewichtsprozent.
Zwei heißgepresste Borcarbid-Substrate wurden auf je einer Oberfläche maschinell geglättet. Das erste Borcarbid-Substrat wurde auf seiner bearbeiteten Oberfläche mit dem Wolframschlamm bespritzt. Die Wolfram- Beschichtung wurde dann trocknen gelassen und hatte eine Dicke von etwa 25 Mikrometer. Die bearbeitete Oberfläche des zweiten Borcarbid-Substrats wurde nicht mit Wolfram beschichtet. Dann wurde Kupfermetall an das obere Ende jedes Borcarbid-Substrats gelegt und die Strukturen wurden erhitzt auf und gehalten bei 1160ºC für 30 Minuten. Das Kupfer auf der mit Wolfram beschichteten Borcarbid-Oberfläche bildete eine Hemisphäre mit einem Kontaktwinkel von 60º bei 1160ºC und benetzte das Borcarbid. Im Gegensatz dazu bildete das Kupfer auf der unbeschichteten Borcarbid-Oberfläche eine Kugel mit einem Kontaktwinkel von 135º bei 1160ºC und benetzte das Borcarbid nicht.

Beispiel 4

Ein Schlamm aus Titanborid-Pulver wurde in Methanol hergestellt mit einem Festkörperanteil von 20 Gewichtsprozent. Das verwendete Titanborid- Pulver besaß eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 4 Mikrometer. Zwei Substrate aus Aluminiumnitrid wurden auf je einer Seite mit dem Titanborid- Schlamm bespritzt. Die Titanborid-Beschichtungen wurden trocknen gelassen und hatten eine Dicke von 10 bis 25 Mikrometer. Die zwei beschichteten Substrate aus Aluminiumnitrid wurden dann aufeinander geschichtet, so dass die Titanborid-Schichten in direkten Kontakt miteinander gebracht wurden. Das AlN- TiB&sub2;-AlN-Sandwich wurde dann an den TiB&sub2;-Beschichtungen mit Aluminium in Kontakt gebracht und auf 1160ºC erhitzt. Bei 1160ºC infiltrierte geschmolzenes Metall die poröse TiB&sub2;-Schicht unter Bildung einer starken Grenzflächenhaftung zwischen dem Aluminium-TiB&sub2; und dem AlN.

Beispiel 5

Schlämme aus Aluminiumnitrid-Pulver und aus Titanborid-Pulver wurden in Methanol mit einem Festkörperanteil von 25 Gewichtsprozent hergestellt. Ein Aluminiumnitrid-Substrat wurde dann mit den Schlämmen bespritzt, so dass das Aluminiumnitrid-Substrat eine Schicht aus Aluminiumnitrid-Pulver und zwei Schichten aus Titanborid-Pulver auf der Schicht aus Aluminiumnitridpulver besaß. Das Aluminiumnitrid-Pulver besaß eine Teilchengröße von 3 bis 4 Mikrometer und das Titanborid-Pulver besaß eine Teilchengröße von 4 bis 6 Mikrometer. Das beschichtete Substrat wurde getrocknet. Die Dicke der getrockneten Aluminiumschicht betrug etwa 10 Mikrometer und die Gesamtdicke der getrockneten Titanborid-Schichten betrug etwa 125 Mikrometer. Die Titanborid-Schichten wurden mit Aluminium in Kontakt gebracht und die Struktur wurde erhitzt auf und gehalten bei 1160ºC für 18 Minuten unter Vakuum. Bei 1160ºC infiltrierte geschmolzenes Aluminium die Titanborid-Schichten unter Bildung eines dünnen flachen Bands am oberen Ende des mit Aluminium beschichteten Aluminiumnitrid-Substrats, wobei das Band eine Dicke von 140 bis 180 Mikrometer besaß. Das Aluminiummetall durchdrang die Aluminiumnitrid-Pulverschicht nicht. Als ein Ergebnis verband sich das Aluminium nicht mit dem Aluminiumnitrid-Substrat. Das Band besaß einen Titanborid-Gehalt von etwa 20 Volumenprozent. Das Titanborid- Aluminiumband schälte sich einfach vom Aluminiumsubstrat ab.

Beispiel 6

Ein Schlamm aus Aluminiumnitrid-Pulver wurde in Methanol hergestellt und ein Schlamm aus Borcarbid-Pulver wurde in Wasser hergestellt mit einem pH von 7, eingestellt durch Zugabe von NH&sub4;OH. Das Aluminiumnitrid- Pulver besaß eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 1 Mikrometer und das Borcarbid-Pulver besaß eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 3 Mikrometer. Ein Aluminiumnitrid-Substrat wurde zuerst mit dem Schlamm aus Aluminiumnitrid-Pulver und hinterher mit dem Borcarbid-Pulver bespritzt. Das beschichtete Aluminiumnitrid-Substrat wurde dann getrocknet. Die getrockneten Beschichtungen besaßen eine Gesamt-Trockendicke von etwa 180 Mikrometer. Die Borcarbid-Schicht wurde mit Aluminium in Kontakt gebracht und die Struktur wurde dann erhitzt auf und gehalten bei 1160ºC für 30 Minuten unter Vakuum. Nach dem Abkühlen trennte sich das Borcarbid/Aluminiumband von dem Aluminiumnitrid-Substrat wegen des Unterschieds in der Wärmemausdehnung zwischen dem Band und dem Substrat. Das Band besaß eine Dicke von 160 bis 200 Mikrometer und der Keramikgehalt des Bands betrug 15 bis 20 Gewichtsprozent.
In den Beispielen 7 bis 7C wurden die Zugfestigkeiten der Grenzfläche zwischen den Keramikkörpern gemessen durch Zugversuche unter Verwendung eines Instrons, Modell 1125, mit einer Kopfplatten-Geschwindigkeit von 0,002 Inches/Minute (50 Mikrometer/Minute) und einer Lastzelle von 10000 Pfund (4500 kg). Die Ergebnisse wurden bestimmt aus Hub-gegen-Last-Kurven, die während des Zugversuchs erzeugt wurden.

Beispiel 7

Je eine Oberfläche von zwei dichten Körpern aus B&sub4;C-Al wurde zuerst mit einer Schicht aus B&sub4;C-Pulver als das reaktive Pulver und danach mit einer Schicht aus TiB&sub2;-Pulver als das nicht reaktive Pulver bespritzt. Sowohl das B&sub4;C- als auch das TiB&sub2;-Pulver wurden als Dispersionen in Methanol gespritzt. Das B&sub4;C-Pulver besaß eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 3 Mikrometer. Die aufgetragenen Schichten wurden dann getrocknet. Die getrocknete Schicht aus B&sub4;C-Pulver war etwa 10 Mikrometer dick und besaß eine Dichte von etwa 20 Prozent der theoretischen Dichte (das bedeutet eine Porosität von etwa 80 Prozent). Das TiB&sub2;-Pulver besaß eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 6 Mikrometer. Die getrocknete Schicht aus TiB&sub2;-Pulver war etwa 20 Mikrometer dick und besaß eine Dichte von etwa 25 Prozent der theoretischen Dichte (das bedeutet eine Porosität von etwa 75 Prozent). Die Dichte (oder die Porosität) der Pulverschichten wurde nach Infiltration des Metalls abgeschätzt, wie unten erläutert. Aluminiumfolie wurde dann zwischen die zwei beschichteten Oberflächen der Keramikkörper geschichtet. Die übereinander geschichteten Keramikkörper wurden dann einer Temperatur von 1160ºC für 15 Minuten ausgesetzt, um zu erlauben, dass das Aluminium infiltriert und dass die zwei Keramikkörper aneinander binden. Die resultierende Stärke der Bindung wurde als etwa 1830 psi (12,6 MPa) gemessen, bei diesem Punkt trat ein Riss in der brüchigen Schicht B-C-Al der Bindungszone auf. Der Riss breitete sich nicht durch die B&sub4;C-B&sub4;C-Al-Grenzfläche, aber durch die TiB&sub2;-Al-Al-Grenzfläche aus. Der Riss breitete sich auf verformbare Weise aus, wie durch Hub-gegen-Last- Ergebnisse aus dem Zugversuch gezeigt.
Die Dichten (oder die korrespondierenden Porositäten) der Pulverschichten auf den Keramikkörpern wurden durch Beobachtung eines Querschnitts der Metall-gebundenen Keramikkörper und durch Bestimmung der Oberfläche des Pulvers und des Metalls bestimmt. Die Dichten der Pulverschichten (in Prozent) wurden durch Division der Oberfläche des Metalls durch die gesamte Oberfläche des Metallpulver-Verbundwerkstoffs und Multiplikation mit 100 berechnet. Andererseits wurden die Porositäten der Pulverschichten (in Prozent) durch Division der Oberfläche des Pulvers durch die gesamte Oberfläche des Metallpulver-Verbundwerkstoffs und Multiplikation mit 100 berechnet.

Vergleichendes Beispiel 7A

Aluminiumfolie wurde zwischen zwei dichte Körper aus B&sub4;C-Al, geschichtet, die Sandwich-Struktur wurde einer Temperatur von 1160ºC für 15 Minuten ausgesetzt. Die resultierende Stärke der Bindung wurde als 350 bis 375 psi (2,4-2,6 MPa) gemessen.

Vergleichendes Beispiel 7B

Zwei dichte Körper aus B&sub4;C-Al wurden zusammen auf flache Oberflächen gelegt und Aluminiumfolie wurde mit der Außenfläche der vereinigten Oberflächen in Kontakt gebracht. Die Struktur wurde dann einer Temperatur von 1160ºC für 15 Minuten ausgesetzt. Es trat keine Aluminium- Durchdringung in die Grenzfläche zwischen den zwei Körpern auf. Als ein Ergebnis wurde keine Bindung zwischen den zwei Körpern erhalten.

Vergleichendes Beispiel 7C

Je eine Oberfläche von zwei dichten Körpern aus B&sub4;C-Al wurden mit einer Schicht aus TiB&sub2; als ein nicht reaktives Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 6 Mikrometer besprüht. Die Schicht aus TiB&sub2; war etwa 20 Mikrometer dick und besaß eine Dichte von 20 bis 25 Prozent der theoretischen Dichte (das bedeutet von 75 bis 80 Prozent Porosität). Die beschichteten Oberflächen der dichten Körper wurden dann angestoßen und Aluminium wurde mit der Außenfläche der anstoßenden Oberflächen in Kontakt gebracht. Die Struktur wurde dann einer Temperatur von 1160ºC für 15 Minuten ausgesetzt, das Aluminium floss wegen der Kapillarwirkung in die Beschichtung hinein und die dichten Körper wurden aneinander gebunden. Die resultierende Stärke der Grenzfläche wurde als etwa 1800 psi (12,4 MPa) gemessen, bei diesem Punkt trat ein Riss in der Bindungszone auf. Der Riss breitete sich von selbst durch die Keramik-Cermet (TiB&sub2;-B&sub4;C-Al)-Grenzfläche aus. Der Riss breitete sich in einer typischen spröden Weise aus, wie durch die Hub- gegen-Last-Ergebnisse des Zugversuchs gezeigt.

Claims

1. Verfahren zum Auftrag eines nicht benetzenden, verflüssigbaren Materials auf die Oberfläche eines Substrats, welches durch das nicht benetzende, verflüssigbare Material nicht benetzbar ist, wobei das Verfahren umfasst:

(a) Abscheiden einer Schicht von Pulverteilchen auf der Oberfläche des Substrats, wobei die Pulverteilchen durch das nicht benetzenden, verflüssigbaren Material benetzbar sind;

(b) In Kontakt bringen des nicht benetzenden, verflüssigbaren Materials mit der Schicht aus Pulverteilchen; und

(c) Ermöglichen, dass das nicht benetzende, verflüssigbare Material zwischen den Pulverteilchen in der Schicht eine Dochtwirkung ausübt und mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt kommt, wobei die Oberfläche des Substrats mit dem nicht benetzenden, verflüssigbaren Material beschichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das nicht benetzende, verflüssigbare Material ein schmelzbares Material ist, das während des in Kontakt kommens mit der Schicht der Pulverteilchen auf eine erhöhte Temperatur und für eine ausreichende Zeitdauer erhitzt wird, so dass das schmelzbare Material zwischen den Pulverteilchen eine Dochtwirkung ausübt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, worin das Substrat von einer Substanz ausgewählt aus Metall, Glas, Keramik und Verbundwerkstoffen aus Keramik und Metall gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das nicht benetzende, verflüssigbare Material ausgewählt ist aus organischen Flüssigkeiten, anorganischen Flüssigkeiten, polymeren Werkstoffen, Glas und Metall.

5. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Substrat eine Keramik und das nicht benetzende, verflüssigbare Material ein Metall ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Pulverteilchen aus einer Substanz ausgewählt aus Metall, Keramik und Gemischen davon gebildet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Schicht der Pulverteilchen eine Dicke von 1 bis 500 Mikrometer besitzt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Kontaktwinkel zwischen dem nicht benetzenden, verflüssigbaren Material, wenn es verflüssigt ist und einem dichten Körper der Substanz, der die Pulverteilchen formt, kleiner als 45º ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das nicht benetzende, verflüssigbare Material mit mindestens 50 Prozent der Oberfläche des Substrats, auf das das nicht benetzende, verflüssigbare Material geschichtet wird, in Kontakt kommt.

10. Schichtstruktur, einschließend ein nicht benetzendes, verflüssigbares Material auf einem festen Substrat, wobei die Struktur umfasst:

(a) Ein festes Substrat;

(b) Ein nicht benetzendes, verflüssigbares Material, das auf eine Oberfläche des festen Substrats anhaftend aufgetragen ist, wobei das feste Substrat nicht vom nicht benetzenden, verflüssigbaren Material benetzt werden kann; und

(c) Pulverteilchen, die in der Beschichtung des nicht benetzenden, verflüssigbaren Materials dispergiert sind, wobei die Pulverteilchen vom nicht benetzenden, verflüssigbaren Material benetzt werden können.

11. Verfahren zu Herstellung eines Keramikmetall-Bands, umfassend:

(a) Abscheiden einer Schicht eines nicht benetzbaren Keramikpulvers auf einer festen Form;

(b) Abscheiden einer Schicht eines benetzbaren Pulvers auf der Schicht des nicht benetzenden Keramikpulvers;

(c) In Kontakt bringen eines Metalls mit der Schicht des benetzbaren Pulvers;

(d) Erhitzen des Metalls auf eine Temperatur, bei der das Metall schmilzt und eine Dochtwirkung ausübt und durch die Schicht des benetzbaren Pulvers und um die Einzelteilchen des benetzbaren Pulvers herum infiltriert, wobei die Schicht des nicht benetzbaren Keramikpulvers kontaktiert wird, um eine Metall-infiltrierte Struktur zu bilden; und

(e) Kühlen der Metall-infiltrierten Struktur, um das Metall zu verfestigen, wobei ein Keramikmetall-Band auf der festen Form gebildet wird, worin das nicht benetzbare Keramikpulver nicht vom geschmolzenen Metall benetzbar ist und das benetzbare Pulver vom geschmolzenen Metall benetzbar ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin das nicht benetzbare Keramikpulver sich nicht mit der festen Form verbindet, während es dem Hitzeschritt unterzogen wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 oder 12, weiterhin umfassend den Schritt

(f) Entfernen des Keramikmetall-Bands von der festen Form.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, worin das nicht benetzbare Keramikpulver eine Teilchengröße von 0,01 bis 100 Mikrometer besitzt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, worin die Schicht der nicht benetzbaren Keramikteilchen eine Dicke von 0,1 bis 100 Mikrometer besitzt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, worin die Schicht aus nicht benetzbaren Keramikpulver-Teilchen eine Porosität von 40 bis 80 Prozent besitzt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, worin das benetzbare Pulver aus Keramik oder Metall gebildet wird.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die benetzbaren Pulverteilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,1 Mikrometer bis 50 Mikrometer besitzen.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Schicht aus benetzbaren Pulverteilchen eine Porosität von 50 bis 90 Prozent besitzt.

20. Verfahren zur Herstellung eines Keramikmetall-Bands nach Anspruch 18, worin die Teilchengröße der benetzbaren Pulverteilchen 0,01 bis 50 Mikrometer und die Banddicke von 5 bis 1000 Mikrometer beträgt.

21. Struktur nach Anspruch 10, worin das nicht benetzende, verflüssigbare Material, das feste Substrat und/oder die Pulverteilchen wie in einem der Ansprüche 2 bis 9, 18 und 19 definiert sind.

22. Verfahren zur Herstellung einer Keramikmetall-Struktur, umfassend:

Aufschichten von zwei oder mehreren Keramikmetall-Bändern, die nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20 gebildet werden und

Erhitzen der geschichteten Keramikmetall-Bänder auf eine Temperatur, die verursacht, dass die geschichteten Keramikmetall-Bänder sich miteinander verbinden und eine Keramikmetall-Struktur bilden.

23. Verfahren, um Keramikkörper miteinander zu verbinden, umfassend:

(a) Beschichten einer Oberfläche eines ersten Keramikkörpers mit nicht reaktiven Pulverteilchen und reaktiven Pulverteilchen;

(b) Anstoßen einer Oberfläche eines zweiten Keramikkörpers gegen die beschichtete Oberfläche des ersten Keramikkörpers;

(c) In Kontakt bringen der Beschichtung zwischen dem ersten Keramikkörper und dem zweiten Keramikkörper mit einem Metall, wobei die nicht reaktiven Pulverteilchen nicht reaktiv aber benetzbar mit dem Metall sind und die reaktiven Pulverteilchen reaktiv und benetzbar mit dem Metall sind;

(d) Erhitzen des Metalls auf eine Temperatur für eine ausreichende Zeitdauer, so dass das Metall durch die Beschichtung der Pulverteilchen, um die einzelnen Pulverteilchen herum infiltriert und die zwei Keramikkörper berührt; und

(e) Kühlen des infiltrierten Metalls, bis das Metall fest wird, wodurch die zwei Keramikkörper aneinander binden.

24. Verfahren nach Anspruch 23, worin die Beschichtung der nicht reaktiven Pulverteilchen und der reaktiven Pulverteilchen ein Gemisch aus den nicht reaktiven und den reaktiven Pulverteilchen ist.

25. Verfahren nach Anspruch 23, worin beide Keramikkörper beschichtet werden mit einer Schicht der reaktiven Pulverteilchen angrenzend an die Oberfläche des jeweiligen Keramikkörpers und einer Schicht der nicht reaktiven Pulverteilchen, geschichtet auf die Schicht der reaktiven Pulverteilchen und worin die beschichtete Oberfläche des ersten Keramikkörpers mit der beschichteten Oberfläche des zweiten Keramikkörpers in Kontakt gebracht wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, worin jede Schicht der reaktiven Pulverteilchen eine Dicke von 0,5 bis 15 Mikrometer und jede Schicht der nicht reaktiven Pulverteilchen eine Dicke von 0,5 bis 25 Mikrometer besitzt.

27. Verfahren nach Anspruch 22, worin die Beschichtung der nicht reaktiven Pulverteilchen und der reaktiven Pulverteilchen eine Schicht der reaktiven Pulverteilchen angrenzend an die Oberfläche des ersten Keramikkörpers und eine Schicht der nicht reaktiven Pulverteilchen geschichtet auf die Schicht der reaktiven Pulverteilchen einschließt,

die Oberfläche des zweiten Keramikkörpers mit einer Schicht von reaktiven Pulverteilchen beschichtet ist, und

die beschichtete Oberfläche des ersten Keramikkörpers mit der beschichteten Oberfläche des zweiten Keramikkörpers in Kontakt gebracht wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, worin jede Schicht der reaktiven Pulverteilchen eine Dicke von 0,5 bis 15 Mikrometer und die Schicht der nicht reaktiven Pulverteilchen eine Dicke von 1 bis 25 Mikrometer besitzt.

29. Verfahren nach Anspruch 23, worin die Beschichtung der nicht reaktiven Pulverteilchen und der reaktiven Pulverteilchen eine Schicht der reaktiven Pulverteilchen angrenzend an die Oberfläche des ersten Keramikkörpers und eine Schicht aus einem 75 : 25 bis 25 : 75 Gemisch aus reaktiven Pulverteilchen und nicht reaktiven Pulverteilchen, geschichtet auf die Schicht der reaktiven Pulverteilchen einschließt, wobei die Oberfläche des zweiten Keramikkörpers mit einer Schicht der reaktiven Pulverteilchen beschichtet ist und die beschichtete Oberfläche des ersten Keramikkörpers mit der beschichteten Oberfläche des zweiten Keramikkörpers in Kontakt gebracht wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, worin jede Schicht der reaktiven Pulverteilchen eine Dicke von 1 bis 10 Mikrometer besitzt und die Schicht des Gemisches eine Dicke von 5 bis 50 Mikrometer besitzt.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, worin die Partikelgröße der reaktiven und nicht reaktiven Pulverteilchen von 0,1 bis 10 Mikrometer beträgt.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 31, worin die reaktiven und nicht reaktiven Pulverteilchen keramisch sind.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, worin die Schicht(en) der reaktiven Pulverteilchen eine Porosität von 50 bis 90 Prozent und die Schicht(en) der nicht reaktiven Pulverteilchen eine Porosität von 60 bis 90 Prozent besitzen.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, worin das in Kontakt bringen des Metalls durch Anordenen des Metalls zwischen die zwei Keramikkörper durchgeführt wird.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, worin das in Kontakt bringen des Metalls durch in Kontakt bringen eines äußeren Abschnitts der Beschichtung mit dem Metall durchgeführt wird.

36. Verfahren nach Anspruch 23, worin die Beschichtung der nicht reaktiven Pulverteilchen und der reaktiven Pulverteilchen eine Schicht der reaktiven Pulverteilchen angrenzend an die Oberfläche des ersten Keramikkörpers und eine Schicht der nicht reaktiven Pulverteilchen geschichtet auf die Schicht der reaktiven Pulverteilchen einschließt, wobei die Schicht der reaktiven Pulverteilchen 0,5 bis 100 Mikrometer dick ist und die Schicht der nicht reaktiven Pulverteilchen von 0,5 bis 25 Mikrometer dick ist.

37. Schichtstruktur mit mindestens zwei Keramikkörpern, wobei die geschichtete Struktur umfasst:

(a) einen ersten Keramikkörper;

(b) eine Metall-infiltrierte Schicht, gebunden an den ersten Keramikkörper, wobei die Metall-infiltrierte Schicht reaktives Material, nicht reaktives Material und Metall enthält; und

(c) einen zweiten Keramikkörper, gebunden an die Metall-infiltrierte Schicht, wobei das reaktive Material reaktiv gegenüber dem Metall ist und das nicht reaktive Material nicht reaktiv gegenüber dem Metall ist.

38. Schichtstruktur nach Anspruch 37, erhältlich durch ein Verfahren wie in einem der Ansprüche 23 bis 36 definiert.