JPH05148023A - スピネル、炭化ケイ素、及び炭化ホウ素を含むセラミツク組成物 - Google Patents
スピネル、炭化ケイ素、及び炭化ホウ素を含むセラミツク組成物Info
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- JPH05148023A JPH05148023A JP4134376A JP13437692A JPH05148023A JP H05148023 A JPH05148023 A JP H05148023A JP 4134376 A JP4134376 A JP 4134376A JP 13437692 A JP13437692 A JP 13437692A JP H05148023 A JPH05148023 A JP H05148023A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 安価な原料から多量のB4C及びSiCを含
む構造用セラミック複合材料を製造する方法を提供する
こと。 【構成】 (a)ケイ酸マグネシウム、B2O3、Al及
びCの原料を配合して混合物を形成し、(b)混合物を
圧縮して付形物とし、(c)付形物を加熱することによ
り各原料を反応させてMgAl2O4、SiC及びB4C
を生成させ、及び(d)反応した付形物を焼結すること
を含んで成る、MgAl2O4、SiC及びB4Cを含む
焼結された材料の製造方法。
む構造用セラミック複合材料を製造する方法を提供する
こと。 【構成】 (a)ケイ酸マグネシウム、B2O3、Al及
びCの原料を配合して混合物を形成し、(b)混合物を
圧縮して付形物とし、(c)付形物を加熱することによ
り各原料を反応させてMgAl2O4、SiC及びB4C
を生成させ、及び(d)反応した付形物を焼結すること
を含んで成る、MgAl2O4、SiC及びB4Cを含む
焼結された材料の製造方法。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は安価な原料から相当量の
B4C及びSiCを含む構造用セラミック複合材料を製
造する方法に関する。
B4C及びSiCを含む構造用セラミック複合材料を製
造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】構造用セラミック材料は機械的強度及び
硬度的物性が高く且つ軽量であるために、一般に高性能
の材料用として多くの利点を有している。これらの特徴
を備える結果、これらのセラミック材料の多くは車両用
の装甲のような軍事的方面に使用するのに魅力的な材料
となっている。これらの材料に対する多数の非軍事的な
用途はその開発及び供給が緒についたばかりである。
硬度的物性が高く且つ軽量であるために、一般に高性能
の材料用として多くの利点を有している。これらの特徴
を備える結果、これらのセラミック材料の多くは車両用
の装甲のような軍事的方面に使用するのに魅力的な材料
となっている。これらの材料に対する多数の非軍事的な
用途はその開発及び供給が緒についたばかりである。
【0003】
【発明が解決しようとうする課題】不都合なことには、
大部分の構造用セラミック材料の主な欠点は価格が高い
ことである。この高価格が軍事用及び非軍事用の両面で
これらの材料の使用上の制約となっている。
大部分の構造用セラミック材料の主な欠点は価格が高い
ことである。この高価格が軍事用及び非軍事用の両面で
これらの材料の使用上の制約となっている。
【0004】多くの構造用セラミック材料が高価格であ
るのは、付形され圧縮されて構造用セラミック部品が形
成される原料セラミック粉末が高価であることがその理
由の一部であるといえる。原料粉末はエネルギー集約的
工程又は高純度の原料粉末を生成するのに適当した他の
経費を要する工程により製造されることがしばしばであ
る。一般に、究極的なセラミック部品の性能を最大限に
発揮するために原料粉末の不純物の含量を最低とするこ
とが好ましいことであった。
るのは、付形され圧縮されて構造用セラミック部品が形
成される原料セラミック粉末が高価であることがその理
由の一部であるといえる。原料粉末はエネルギー集約的
工程又は高純度の原料粉末を生成するのに適当した他の
経費を要する工程により製造されることがしばしばであ
る。一般に、究極的なセラミック部品の性能を最大限に
発揮するために原料粉末の不純物の含量を最低とするこ
とが好ましいことであった。
【0005】幾つかの従来技術はセラミック組成物の形
成に化学反応を使用している。米国特許第4,879,2
62号においては、B4C−TiB2組成物がB、C及び
Ti又はそれらの水素化物又は酸化物粉末を含む粉末圧
縮物を形成することによって製造された。次いで混合物
を燃焼してB4C−TiB2複合物を得ている。その工程
で使用される反応剤はなお相当な費用を要するものであ
る。更にこの従来技術には装甲用として優れた性質を有
するMgAl2O4−SiC−B4C複合物の生成を示す
明らかな記述が見られない。
成に化学反応を使用している。米国特許第4,879,2
62号においては、B4C−TiB2組成物がB、C及び
Ti又はそれらの水素化物又は酸化物粉末を含む粉末圧
縮物を形成することによって製造された。次いで混合物
を燃焼してB4C−TiB2複合物を得ている。その工程
で使用される反応剤はなお相当な費用を要するものであ
る。更にこの従来技術には装甲用として優れた性質を有
するMgAl2O4−SiC−B4C複合物の生成を示す
明らかな記述が見られない。
【0006】言うまでもないが、こうした望ましいセラ
ミック複合物を低価格で製造することができれば極めて
願わしいことである。こうした進展は軍事的装甲用とし
て及び一層広い非軍事的構造材セラミック用としての道
を開くものである。
ミック複合物を低価格で製造することができれば極めて
願わしいことである。こうした進展は軍事的装甲用とし
て及び一層広い非軍事的構造材セラミック用としての道
を開くものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は高価格な構造用
セラミックの含む多くの問題点を克服するものである。
即ち本発明は安価な原料から多量のB4C及びSiCを
含む構造用セラミック複合材料を製造する方法を提供す
る。
セラミックの含む多くの問題点を克服するものである。
即ち本発明は安価な原料から多量のB4C及びSiCを
含む構造用セラミック複合材料を製造する方法を提供す
る。
【0008】一つの態様において、本発明はMgAl2
O4、SiC及びB4Cを含む組成物を製造する方法を含
んで成り、その方法は: (a)ケイ酸マグネシウム、B2O3、Al及びCの原料
を配合して混合物を形成し、及び(b)混合物を加熱す
ることにより各原料を反応させてMgAl2O4、SiC
及びB4Cを生成させること を内容としている。
O4、SiC及びB4Cを含む組成物を製造する方法を含
んで成り、その方法は: (a)ケイ酸マグネシウム、B2O3、Al及びCの原料
を配合して混合物を形成し、及び(b)混合物を加熱す
ることにより各原料を反応させてMgAl2O4、SiC
及びB4Cを生成させること を内容としている。
【0009】更なる態様において、本発明はMgAl2
O4、SiC及びB4Cを含む焼結された材料を製造する
方法を含んで成り、その方法は: (a)ケイ酸マグネシウム、B2O3、Al及びCの原料
を配合して混合物を形成し、(b)混合物を圧縮して付
形物とし、(c)付形物を加熱することにより各原料を
反応させてMgAl2O4、SiC及びB4Cを生成さ
せ、及び(d)反応した付形物を焼結すること を内容としている。
O4、SiC及びB4Cを含む焼結された材料を製造する
方法を含んで成り、その方法は: (a)ケイ酸マグネシウム、B2O3、Al及びCの原料
を配合して混合物を形成し、(b)混合物を圧縮して付
形物とし、(c)付形物を加熱することにより各原料を
反応させてMgAl2O4、SiC及びB4Cを生成さ
せ、及び(d)反応した付形物を焼結すること を内容としている。
【0010】ケイ酸マグネシウムの使用可能な原料はタ
ルク、バーミキュライト及び雲母である。
ルク、バーミキュライト及び雲母である。
【0011】本発明は又MgAl2O4、SiC及びB4
Cを含んで成るセラミック組成物及び焼結したセラミッ
クを含んで成る。
Cを含んで成るセラミック組成物及び焼結したセラミッ
クを含んで成る。
【0012】別な態様において、これらの組成物および
焼結されたセラミックスは又アルミナを含むこともでき
る。
焼結されたセラミックスは又アルミナを含むこともでき
る。
【0013】本発明による方法は原料反応剤(即ち、ケ
イ酸マグネシウム、Al、C及びB2O3の原料)の初期
混合物を形成することから始まる。混合後、必要に応じ
て混合物を圧縮又は付形することができる。次いで混合
物を加熱すると所望のセラミック組成物を形成する反応
が開始される。焼結したセラミックが必要であれば、組
成物を更に焼結させる処理が行われる。
イ酸マグネシウム、Al、C及びB2O3の原料)の初期
混合物を形成することから始まる。混合後、必要に応じ
て混合物を圧縮又は付形することができる。次いで混合
物を加熱すると所望のセラミック組成物を形成する反応
が開始される。焼結したセラミックが必要であれば、組
成物を更に焼結させる処理が行われる。
【0014】ケイ酸マグネシウム源はタルク、バーミキ
ュライト又は雲母のような安価な鉱物資源が好ましい。
アルミニウム源はアルミニウム金属粉末が好適である。
炭素源は元素状炭素及び/又は炭化可能な結合剤が好適
である。酸化ホウ素源は単純にB2O3粉末が好ましい。
反応剤は湿式(非水性)又は乾式混合により混合され
る。混合には微粉砕のような任意の慣用の手段を使用す
ることができる。
ュライト又は雲母のような安価な鉱物資源が好ましい。
アルミニウム源はアルミニウム金属粉末が好適である。
炭素源は元素状炭素及び/又は炭化可能な結合剤が好適
である。酸化ホウ素源は単純にB2O3粉末が好ましい。
反応剤は湿式(非水性)又は乾式混合により混合され
る。混合には微粉砕のような任意の慣用の手段を使用す
ることができる。
【0015】初期反応剤混合物は次いで付形物として圧
縮することが好適である。圧縮を容易にするために炭化
可能な又は揮発性の結合剤を使用することができる。
縮することが好適である。圧縮を容易にするために炭化
可能な又は揮発性の結合剤を使用することができる。
【0016】反応剤混合物は次いで反応を開始するため
に加熱(600°−1300℃)される。加熱は真空中
で又は不活性雰囲気中で行われることが好ましい。タル
クを含む反応剤混合物の場合は全般的な反応は下記式:
に加熱(600°−1300℃)される。加熱は真空中
で又は不活性雰囲気中で行われることが好ましい。タル
クを含む反応剤混合物の場合は全般的な反応は下記式:
【0017】
【化2】 6Mg3Si4O10(OH)2+(36+4x)Al+ (25+x)C+(2+2x)B2O3 −→ 18MgAl2O4+2xAl2O3+24SiC+ (1+x)B4C+6H2O [上式中、xはゼロより大きいか又はゼロに等しい] により記載することができる。
【0018】混合物の反応が行われた後、得られるセラ
ミック組成物は次いで熱間圧縮、無圧(pressureless)
焼結又は熱間等圧(isostatic)圧縮のような任意の慣
用の技術を用いて焼結することができる。熱間圧縮を用
いる時には、組成物は少なくとも1000PSI、好適
には少なくとも約1350PSIの圧力下で更に少なく
とも約1700℃まで加熱される。
ミック組成物は次いで熱間圧縮、無圧(pressureless)
焼結又は熱間等圧(isostatic)圧縮のような任意の慣
用の技術を用いて焼結することができる。熱間圧縮を用
いる時には、組成物は少なくとも1000PSI、好適
には少なくとも約1350PSIの圧力下で更に少なく
とも約1700℃まで加熱される。
【0019】反応剤の比率は反応の化学量論に従って変
えることができる。又初期混合物に各種の不活性な物質
を添加することができる。
えることができる。又初期混合物に各種の不活性な物質
を添加することができる。
【0020】下記の実施例は単に本発明を例示するため
に提供される。本発明は実施例中に提示された反応、反
応剤又は技法に限定されるものではないことを理解すべ
きである。
に提供される。本発明は実施例中に提示された反応、反
応剤又は技法に限定されるものではないことを理解すべ
きである。
【0021】
【実施例】下記式:
【0022】
【化3】 6Mg3Si4O10(OH)2+36Al+25C+2B2O3 −→ 18MgAl2O4+24SiC+B4C+6H2O に従って、化学量論的な比率でタルク、アルミニウム粉
末、炭素粉末及び酸化ホウ素粉末を配合した。
末、炭素粉末及び酸化ホウ素粉末を配合した。
【0023】摩砕媒体として3/16”の直径のSi3
N4ボールを用いて、粉末をイソプロパノール中で湿式
摩砕した。次いで摩砕した混合物を真空下に50℃で約
24時間乾燥した。次いで乾燥した粉末を黒鉛製の成形
型中に充填し、真空下に10℃/分の昇温速度で600
℃まで加熱した。その時点で炉室内に250mmHgの
アルゴンガスを添加した。10℃/分の昇温速度で90
0℃まで、及び次いで5℃/分の昇温速度で1300℃
まで加熱を継続した。反応した混合物に1300℃で1
350PSIの軸方向圧力をかけた。この荷重下に温度
を1700℃まで上げ、その温度に約1時間保った。次
いで荷重を除き、焼結した部品をその場で放冷した。
N4ボールを用いて、粉末をイソプロパノール中で湿式
摩砕した。次いで摩砕した混合物を真空下に50℃で約
24時間乾燥した。次いで乾燥した粉末を黒鉛製の成形
型中に充填し、真空下に10℃/分の昇温速度で600
℃まで加熱した。その時点で炉室内に250mmHgの
アルゴンガスを添加した。10℃/分の昇温速度で90
0℃まで、及び次いで5℃/分の昇温速度で1300℃
まで加熱を継続した。反応した混合物に1300℃で1
350PSIの軸方向圧力をかけた。この荷重下に温度
を1700℃まで上げ、その温度に約1時間保った。次
いで荷重を除き、焼結した部品をその場で放冷した。
【0024】本発明の主なる特徴及び態様は以下の通り
である。
である。
【0025】1.MgAl2O4、SiC、及びB4Cを
含んで成る組成物。
含んで成る組成物。
【0026】2.本質的にMgAl2O4、SiC、及び
B4Cから成る、上記1に記載の組成物。
B4Cから成る、上記1に記載の組成物。
【0027】3.更にアルミナを含んで成る、上記1に
記載の組成物。
記載の組成物。
【0028】4.MgAl2O4及びSiCが約3:4の
モル比で存在する、上記2に記載の組成物。
モル比で存在する、上記2に記載の組成物。
【0029】5.MgAl2O4、SiC、及びB4Cを
含んで成る焼結したセラミック材料。
含んで成る焼結したセラミック材料。
【0030】6.該材料が本質的にMgAl2O4、Si
C、及びB4Cを含んで成る、上記5に記載の焼結した
セラミック。
C、及びB4Cを含んで成る、上記5に記載の焼結した
セラミック。
【0031】7.MgAl2O4及びSiCが約3:4の
モル比で存在する、上記6に記載の焼結したセラミッ
ク。
モル比で存在する、上記6に記載の焼結したセラミッ
ク。
【0032】8.更にアルミナを含んで成る、上記5に
記載の焼結したセラミック。
記載の焼結したセラミック。
【0033】9.MgAl2O4、SiC、Al2O3、B
4C及び遊離のアルミニウムを含んで成る、サーメット
組成物。
4C及び遊離のアルミニウムを含んで成る、サーメット
組成物。
【0034】10. (a)ケイ酸マグネシウム、B2O3、Al及びCの原料
を配合して混合物を形成し、及び(b)混合物を加熱す
ることにより各原料を反応させてMgAl2O4、SiC
及びB4Cを生成させること を含んで成る、MgAl2O4、SiC及びB4Cを含む
組成物の製造方法。
を配合して混合物を形成し、及び(b)混合物を加熱す
ることにより各原料を反応させてMgAl2O4、SiC
及びB4Cを生成させること を含んで成る、MgAl2O4、SiC及びB4Cを含む
組成物の製造方法。
【0035】11.該加熱に先立って該混合物を圧縮す
る、上記10に記載の方法。
る、上記10に記載の方法。
【0036】12.該ケイ酸マグネシウムの原料がタル
ク、バーミキュライト、及び雲母からなる群から選択さ
れる、上記10に記載の方法。
ク、バーミキュライト、及び雲母からなる群から選択さ
れる、上記10に記載の方法。
【0037】13.該原料が本質的にタルク、B2O3、
元素状Al及び元素状Cの夫々を含んで成る、上記12
に記載の方法。
元素状Al及び元素状Cの夫々を含んで成る、上記12
に記載の方法。
【0038】14.(a)ケイ酸マグネシウム、B
2O3、Al及びCの原料を配合して混合物を形成し、
(b)混合物を圧縮して付形物とし、(c)該付形物を
加熱し、該原料を反応させてMgAl2O4、SiC及び
B4Cを生成させ、及び(d)反応した該付形物を焼結
すること を含んで成る、MgAl2O4、SiC及びB4Cを含む
焼結された材料の製造方法。
2O3、Al及びCの原料を配合して混合物を形成し、
(b)混合物を圧縮して付形物とし、(c)該付形物を
加熱し、該原料を反応させてMgAl2O4、SiC及び
B4Cを生成させ、及び(d)反応した該付形物を焼結
すること を含んで成る、MgAl2O4、SiC及びB4Cを含む
焼結された材料の製造方法。
【0039】15.該ケイ酸マグネシウムの原料がタル
クを含んで成る、上記14に記載の方法。
クを含んで成る、上記14に記載の方法。
【0040】16.該焼結が無圧焼結により行われる、
上記14に記載の方法。
上記14に記載の方法。
【0041】17.該焼結が熱間圧縮により行われる、
上記14に記載の方法。
上記14に記載の方法。
【0042】18.段階(b)における反応が下記反
応:
応:
【0043】
【化4】 6Mg3Si4O10(OH)2+(36+4x)Al+ (25+x)C+(2+2x)B2O3 −→ 18MgAl2O4+2xAl2O3+24SiC+ (1+x)B4C+6H2O [上式中、xはゼロより大きいか又はゼロに等しい] を含む、上記10に記載の方法。
【0044】19.段階(c)における反応が下記反
応:
応:
【0045】
【化5】 6Mg3Si4O10(OH)2+(36+4x)Al+ (25+x)C+(2+2x)B2O3 −→ 18MgAl2O4+2xAl2O3+24SiC+ (1+x)B4C+6H2O [上式中、xはゼロより大きいか又はゼロに等しい] を含む、上記14に記載の方法。
【0046】20.該原料の少なくとも一つが化学量論
的比率よりも過剰な比率で存在する、上記18に記載の
方法。
的比率よりも過剰な比率で存在する、上記18に記載の
方法。
【0047】21.該原料の少なくとも一つが化学量論
的比率よりも過剰な比率で存在する、上記19に記載の
方法。
的比率よりも過剰な比率で存在する、上記19に記載の
方法。
Claims (10)
- 【請求項1】 MgAl2O4、SiC、及びB4Cを含
んで成る組成物。 - 【請求項2】 本質的にMgAl2O4、SiC、及びB
4Cから成る、請求項1に記載の組成物。 - 【請求項3】 更にアルミナを含んで成る、請求項1に
記載の組成物。 - 【請求項4】 MgAl2O4、SiC、及びB4Cを含
んで成る焼結したセラミック材料。 - 【請求項5】 (a)ケイ酸マグネシウム、B2O3、A
l及びCの原料を配合して混合物を形成し、及び (b)混合物を加熱することにより各原料を反応させて
MgAl2O4、SiC及びB4Cを生成させること を含んで成る、MgAl2O4、SiC及びB4Cを含む
組成物の製造方法。 - 【請求項6】 該加熱に先立って該混合物を圧縮する、
請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 該ケイ酸マグネシウムの原料がタルク、
バーミキュライト、及び雲母からなる群から選択され
る、請求項5に記載の方法。 - 【請求項8】 (a)ケイ酸マグネシウム、B2O3、A
l及びCの原料を配合して混合物を形成し、 (b)混合物を圧縮して付形物とし、 (c)該付形物を加熱し、該原料を反応させてMgAl
2O4、SiC及びB4Cを生成させ、及び (d)反応した該付形物を焼結すること を含んで成る、MgAl2O4、SiC及びB4Cを含む
焼結された材料の製造方法。 - 【請求項9】 該ケイ酸マグネシウムの原料がタルクを
含んで成る、請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 段階(c)における反応が下記反応: 【化1】 6Mg3Si4O10(OH)2+(36+4x)Al+ (25+x)C+(2+2x)B2O3 −→ 18MgAl2O4+2xAl2O3+24SiC+ (1+x)B4C+6H2O [上式中、xはゼロより大きいか又はゼロに等しい] を含む、請求項8に記載の方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US07/704,497 US5120681A (en) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | Ceramic composites containing spinel, silicon carbide, and boron carbide |
US704497 | 1991-05-23 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH05148023A true JPH05148023A (ja) | 1993-06-15 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4134376A Pending JPH05148023A (ja) | 1991-05-23 | 1992-04-28 | スピネル、炭化ケイ素、及び炭化ホウ素を含むセラミツク組成物 |
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EP (1) | EP0514891A1 (ja) |
JP (1) | JPH05148023A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108821773A (zh) * | 2018-09-29 | 2018-11-16 | 吉林长玉特陶新材料技术股份有限公司 | 一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法 |
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US5451365A (en) * | 1993-05-24 | 1995-09-19 | Drexel University | Methods for densifying and strengthening ceramic-ceramic composites by transient plastic phase processing |
US5894066A (en) * | 1998-01-12 | 1999-04-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Boron carbride/silicon carbide ceramics |
US6630153B2 (en) * | 2001-02-23 | 2003-10-07 | Smith & Nephew, Inc. | Manufacture of bone graft substitutes |
WO2004065326A2 (de) * | 2003-01-23 | 2004-08-05 | Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg | Kohlenstofffreier chromoxidfreier feuerfeststein mit nichtoxidanteilen |
CN104844216B (zh) * | 2015-04-02 | 2016-09-07 | 安徽纽亚达科技有限责任公司 | 一种Sialon-MgAl2O4-SiC复相耐磨陶瓷材料及其制备方法 |
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US4471059A (en) * | 1983-02-04 | 1984-09-11 | Shinagawa Refractories Co., Ltd. | Carbon-containing refractory |
JPS6033250A (ja) * | 1983-07-28 | 1985-02-20 | 株式会社興人 | セラミツク成形物の製造方法 |
US4891341A (en) * | 1985-09-20 | 1990-01-02 | Ceramatec, Inc. | Fine-grained ceramics and method for making the same |
US4770673A (en) * | 1987-10-09 | 1988-09-13 | Corning Glass Works | Ceramic cutting tool inserts |
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US4935387A (en) * | 1988-10-24 | 1990-06-19 | Corning Incorporated | Fiber-reinforced composite comprising mica matrix or interlayer |
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1991
- 1991-05-23 US US07/704,497 patent/US5120681A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-04-28 JP JP4134376A patent/JPH05148023A/ja active Pending
- 1992-05-21 EP EP92108592A patent/EP0514891A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108821773A (zh) * | 2018-09-29 | 2018-11-16 | 吉林长玉特陶新材料技术股份有限公司 | 一种湿法成型原位反应烧结制备碳化硼陶瓷的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5120681A (en) | 1992-06-09 |
EP0514891A1 (en) | 1992-11-25 |
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