接合耐火陶瓷和金屬的相關應用的方法

2023-12-09 17:37:46 2

專利名稱：接合耐火陶瓷和金屬的相關應用的方法
技術領域：
本發明涉及耐火陶瓷，更具體地說，涉及用於玻璃成形和/或遞送系統中的耐火陶瓷。
背景技術：
熔合法是一種用於製造玻璃板的基本技術，生產的玻璃板與通過備選方法(例如 浮法和狹槽拉製法)生產的玻璃板相比具有優良平坦度和光滑度的表面的玻璃板。結果 是，熔合法能優選用於生產在發光顯示器例如液晶顯示器(IXD)製造中使用的玻璃基板。熔合法，尤其是溢流下拉熔合法，包括將熔融玻璃提供至耐火體中形成的收集槽 的玻璃供應管，稱為「溢流槽」。在溢流下拉熔合法過程中，熔融玻璃從供應管通過至槽，然 後在槽頂部在兩側溢流，從而形成兩片玻璃，這兩片玻璃沿著溢流槽的外表面向下然後向 內流動。玻璃成形和/或遞送系統中接觸熔融玻璃的表面通常包含貴金屬，例如鉬。玻璃 供應管和其他組件的穩定性依賴於材料和構建技術。當處於大於或等於1000°c的操作溫度 時，常規材料可能下垂、蠕變和/或變形，導致系統和/或組件故障。需要解決涉及玻璃成形和/或遞送系統以及用於生產玻璃成形和/或遞送系統的 組件的傳統途徑的上述問題以及其他缺點。通過本發明的方法和製品能夠滿足這些需求和 其他需求。發明概述本發明涉及耐火陶瓷，更具體地說，涉及用於玻璃成形和/或遞送系統中的耐火陶瓷。在第一方面中，本發明提供一種用於將金屬組件與陶瓷材料機械接合的方法，該 方法包括以下步驟將結合材料附著於該金屬組件的一個表面的至少一部分；然後將陶瓷 材料施加至該金屬組件的該表面的第一部分的至少一部分，使得在陶瓷材料固結之後，結 合材料基本嵌入陶瓷材料的至少一部分中，從而在金屬組件和陶瓷材料之間通過結合材料 形成機械接合。在第二方面中，本發明提供一種由上述方法生產的製品。在第三方面中，本發明提供一種製品，該製品包括金屬組件，附著於該金屬組件 的至少一部分的結合材料，以及位於該金屬組件外表面的至少一部分上並且與結合材料的 至少一部分接觸的陶瓷材料；其中，結合材料的至少一部分基本嵌入該陶瓷材料的至少一 部分中。本發明的其他方面和優點將通過以下詳細說明、附圖
和權利要求部分提出，並且 部分由詳細說明導出，或者可以通過實施本發明而了解。通過所附權利要求中具體指出的 要素及其組合可以實現和獲得下述優點。應當理解，以上一般說明和以下詳細說明都只是示例性和說明性的，並不對揭示的本發明構成限制。附圖簡要說明
附圖結合在說明書中並構成說明書的一部分，與說明書一起說明了本發明的某些 方面，用於解釋而非限制本發明的原理。在附圖中使用類似的附圖標記表示相同的要素。圖IA和IB說明與結合有結合材料的金屬組件接合的陶瓷材料。圖IA說明根據 本發明的各方面對多個金屬顆粒的應用。圖IB說明根據本發明的各方面對金屬網的應用。圖2是說明根據本發明的各方面的鉬玻璃遞送管的橫截面，該管塗覆有交替的陶 瓷層和不透氧的阻擋層。發明詳述通過參考以下詳細說明、附圖、實施例和權利要求，以及它們之前和以後的說明， 能更容易地理解本發明。但是，在揭示和描述本發明組合物、製品、裝置和方法之前，應當理 解，本發明並不限於揭示的具體組合物、製品、裝置和方法，除非另外特別指明，因此當然是 可以變化的。還應當理解，本文所用術語只是為了描述具體方面的目的，並不意圖構成限 制。提供以下對本發明的描述作為按其目前已知的實施方式來揭示本發明的內容。為 此，相關領域的技術人員將認識到並理解，可以對本文所述的本發明的各方面進行許多變 化，同時仍能獲得本發明的有益結果。顯然，通過選擇本發明的一些特徵而不利用其他特 徵，可以實現本發明的一些需要的益處。因此，本領域技術人員將認識到，可以對本發明進 行許多改進和修改，在某些情況下這些改進和修改甚至是需要的，並構成本發明的一部分。 因此，提供以下描述說明本發明的原理而非進行限制。揭示了可以使用、可以聯合使用、可以用於製備的材料、化合物、組合物和組件，或 者它們是所揭示方法和組合物的產物。本文揭示了這些和其他材料，應當理解，揭示了這些 材料的組合、子集、相互關係、組等，而沒有明確地揭示這些化合物的各獨立和集合的組合 與排列時，應認為已經具體考慮和描述了各組合與排列。因此，如果已經揭示一類取代物A、 B和C以及一類取代物D、E和F，並且已經揭示組合實施方式A-D的例子，則即使沒有個別 地引用各要素和各組合，也應認為已經獨立和集合地考慮了各要素和各組合。因此，在該實 例中，具體設想了以下組合A-E、A-F、B-D、B-E、B_F、C_D、C-E和C-F，並應當認為以上這些 都是從A、B和C與D、E和F以及組合例子A-D的內容揭示的。類似地，還具體考慮和揭示 了上述的任意子集或組合。因此，例如，具體考慮了子組A-E、B-F和C-E，並應當認為它們是 從A、B和C與D、E和F以及組合例子A-D的內容揭示的。這種概念應用於本文揭示內容的 所有方面，包括但並不限於組合物的組分，所揭示組合物的製造和使用方法中的步驟。因 此，如果有多個可以進行的附加步驟，應當理解，可以在所揭示方法的各具體實施方式
或實 施方式組合中進行各附加步驟，而且可具體構想每一個這樣的組合且應當認為已對其進行 揭示。在本說明書和以下權利要求中，引用的各術語具有以下含義如本文所用，單數形式「一個」、「一種」和「該」包括複數指代物的情況，除非文本 中有另外的明確指示。因此，例如，「組分」包括兩種或更多種此類組分的情況，除非文本中 有另外的明確指示。「任選的」或「任選地」表示後面描述的事件或情形可能發生或可能不發生，描述的內容包括該事件或情形發生的情況以及該事件或情形不發生的情況。例如，「任選取代的組分」表示該組分可以被取代或可以不被取代，描述的內容包括本發明不被取代的情況和被 取代的情況。在本文中，範圍可以表示為從「約」一個具體值和/或至「約」另一個具體值。表示 這種範圍時，另一種情況包括從一個具體值和/或至另一個具體值。類似地，用先行的「約」 表示數值為近似值時，應當理解，該具體值構成另一種情況。還應理解，各範圍的端點明顯 與另一個端點相關而又獨立於該另一個端點。如本文所用，除非有相反的具體指示，否則，組分的「重量％ 」或「重量百分比」表 示以百分數表示的該組分的重量與包含該組分的組合物的總重量的比值。如以上簡述，本發明提供了用於機械接合金屬組件和陶瓷材料的方法，例如在玻 璃成形系統的遞送管中。在以下詳細描述的其他方面中，參考附圖，本發明方法包括使用金 屬組件20、陶瓷材料40、以及結合材料，例如金屬網34或多個金屬顆粒32，從而在金屬組件 20和陶瓷材料40之間提供機械強接合。雖然本發明的方法並不意圖限制於具體的應用，但是它們可以用於減小和/或消 除玻璃成形和/或遞送系統中的組件下垂。玻璃成形和/或遞送系統中使用的常規材料會 在使用期間明顯下垂，因為操作溫度下的機械強度通常不足以支撐組件本身的重量。本發 明提供的方法通過使用結合材料來幫助陶瓷材料與金屬組件接合而提高玻璃成形和/或 遞送組件的強度和耐久性。本發明提供了一種將陶瓷材料與金屬機械接合的新穎途徑。本發明提供的方法將 結合材料附著於金屬組件，然後在金屬組件之上或周圍施加陶瓷材料。該陶瓷材料可以為 金屬組件提供支撐，從而延長金屬組件的使用壽命。使用陶瓷支撐材料還能為金屬組件提 供結構支撐，從而可以使用較薄的金屬組件。在應用中，例如在玻璃成形系統中，當金屬組 件包含貴金屬時，使用較薄的金屬組件可以顯著節約成本。金屬組件本發明的金屬組件可以是適合與陶瓷材料機械接合的任何組件。雖然本文描述的 方面涉及玻璃成形和/或遞送系統，但是本發明可用於將金屬組件與陶瓷材料機械接合的 任何應用中，本發明並不意圖限制於玻璃成形和/或遞送系統。金屬組件一方面是在暴露 於高溫時將變形的金屬組件，例如玻璃成形系統中的典型金屬組件。在一個方面中，金屬組 件是玻璃成形系統的一部分。在一個具體方面中，金屬組件是玻璃遞送管的金屬部分。在 另一個方面中，金屬組件是板之類的組件，可以製造成玻璃成形和/或遞送系統的一部分。 金屬組件的具體尺寸和/或幾何形狀可以根據預期應用而變化。在一個方面中，金屬組件 的厚度可以約為0. 010-0. 125英寸或以上，例如約0. 01,0. 015,0. 02,0. 025,0. 03,0. 035、 0. 04,0. 05,0. 06,0. 08,0. 09,0. 1或0. 125英寸。在一個具體方面中，金屬組件的厚度可以 約為0.040英寸。在另一個方面中，金屬組件的厚度可以約為0.010英寸。在其他各方面 中，金屬組件的厚度可以小於0. 010英寸或大於0. 125英寸，本發明並不限於具體的厚度。 應當理解，一個或多個金屬組件的厚度可以變化，任何單個金屬組件在其不同部位具有不 相同的厚度。本發明的金屬組件可以包含任何適用於預期應用的金屬，例如適用於玻璃成形系 統的金屬。在各方面中，金屬組件可以包含至少一種貴金屬和/或貴金屬合金，至少一種鉬族金屬和/或鉬族金屬合金，或者它們的組合。在一個方面中，金屬組件包含貴金屬，例如 金、銀、鉭、鉬、鈀、或銠。在另一個方面中，金屬組件包含鉬族金屬，例如釕、銠、鉬、鈀、鋨或 銥。在另一個方面中，金屬組件可以包含至少一種難熔金屬，例如鎢、鉬、鈮、鉭、錸，以及它 們的合金。在各具體方面中，金屬組件包含鉬和/或鉬/銠合金，例如90/10重量％或80/20 重量％鉬/銠合金。金屬組件以及用於製造金屬組件的材料可以從市場購得，本領域技術 人員能容易地選擇合適的金屬組件。結合材料本發明的結合材料可以附著於金屬組件的至少一部分，可以提供能與陶瓷材料的 至少一部分形成機械接合的表面。本發明的結合材料可以是適合用於金屬/陶瓷接合應用 並且能夠附著於金屬組件的任何材料。結合材料可以包括能夠附著於金屬組件並且與其附 著的陶瓷材料形成機械接合的任何幾何形狀。在一個方面中，結合材料嵌入陶瓷材料的至 少一部分中，和/或與陶瓷材料的至少一部分互鎖。結合材料可以包括，例如金屬網、多個 金屬顆粒、金屬片結構，或者它們的組合。
在一個方面中，結合材料是網，例如金屬網。金屬網結合材料可以具有多個開口， 陶瓷材料可以流動通過這些開口。在一個方面中，陶瓷材料可以填充這些開口的至少一部 分，並且固結，在金屬組件和已經固結的陶瓷材料之間形成機械接合。金屬網結合材料可 以包括能夠附著於金屬組件並且咬合陶瓷材料的至少一部分的任何金屬網。在各方面中， 金屬網的網眼尺寸可以為例如約3-80目，例如約3、4、5、8、10、12、14、18、20、22、24、28、30、 36、40、44、48、50、52、56、58、60、62、64、68、70、72、74、76、78 或 80 目；約 10-40 目，例如約 10、12、14、18、20、22、24、28、30、32、34、36、38 或 40 目；或約 10-25 目，例如 10、12、14、18、 20、22、24或25目。如本文所用，術語「網眼尺寸」意在表示材料的每直線英寸的開口數量。 在一個方面中，金屬網是20目篩。在另一個方面中，金屬網是10目篩。在各其他方面中， 金屬網的網眼尺寸可以小於3目或大於80目，本發明並不意圖限制於具體的網眼尺寸，只 要金屬網能讓陶瓷材料流動通過和/或填充網開口的至少一部分、固結並形成機械接合即 可。在一個方面中，結合材料能夠嵌入或基本嵌入陶瓷材料的至少一部分中。在各方面中，金屬網可以包含標稱直徑例如約為0.003-0. 060英寸的金屬絲，例 如約 0.003,0.006,0.009,0.012,0.015,0.018,0.020,0.025,0.030,0. 036,0. 040,0. 044、 0. 050,0. 058 或 0. 060 英寸；或約為 0. 005-0. 020 英寸，例如約 0. 005,0. 008,0. 010,0. 012、 0.018或0.020英寸。在一個方面中，金屬網包含標稱直徑為0.008英寸的金屬絲。在另 一個方面中，金屬網包含標稱直徑為0.010英寸的金屬絲。在各其他方面中，金屬網可以包 含標稱直徑小於0. 003英寸或大於0. 020英寸的金屬絲，本發明並不意圖限制於具體的金 屬絲直徑。金屬網可以是例如編織、編結或其他物理形式的，本發明並不限於金屬網的具體 形式。在一個方面中，金屬網是編織的。例如金屬網的尺寸可以根據所需製品的尺寸和維 度以及陶瓷材料的性質(例如流變性質)而變化，只要金屬網能允許陶瓷材料流動通過和 /或填充網開口的至少一部分、固結並形成機械接合即可。在一個方面中，金屬網能夠與施 加的陶瓷材料的至少一部分聯鎖或者嵌入與其附著的陶瓷材料的至少一部分中。在另一個 方面中，當待施加粘度低到足以允許陶瓷材料的至少一部分流動通過和/或填充網開口的 至少一部分的可澆注流體陶瓷材料時，使用具有小網眼尺寸的金屬網。在另一個方面中，當 待施加高粘度的陶瓷材料時，使用具有大網眼尺寸的金屬網。可以對金屬網的網眼尺寸和金屬絲直徑進行選擇，以承受特定的應力，例如在操作條件下的應力。本發明的結合材料可以包括能夠附著於金屬組件的金屬顆粒。結合材料可以包括多個分散在金屬組件的一個表面的至少一部分上的金屬顆粒。如果結合材料包括金屬顆 粒，則結合材料的金屬顆粒可以具有規則、不規則和/或變化的形狀。不一定要求金屬顆粒 具有特定的形狀，或者要求所有金屬顆粒具有相同的形狀。優選多個金屬顆粒的至少一部 分(如果存在的話)具有能與其施用的陶瓷材料機械接合的形狀。在一個方面中，多個金 屬顆粒附著並定位，使得陶瓷材料能夠在多個金屬顆粒的至少一部分的周圍流動、並且固 結形成機械接合。在另一個方面中，多個金屬顆粒可以與其施用的陶瓷材料聯鎖或咬合。 在各方面中，結合材料的金屬顆粒的直徑可以例如約為0. 003-0. 060英寸，例如約0. 003、 0. 006,0. 009,0. 012,0. 015,0. 018,0. 020,0. 024,0. 030,0. 036,0. 040,0.048,0.050,0.052 或 0. 060 英寸；或約為 0. 008-0. 020 英寸，例如約 0. 008,0. 012,0. 014,0. 016,0. 018 或 0. 020英寸。在一個方面中，金屬顆粒的直徑約為0.016英寸。在另一個方面中，金屬顆粒的 直徑約為0. 020英寸。在各其他方面中，金屬顆粒的直徑可以小於0. 003英寸或大於0. 020 英寸。如本文所用，術語「直徑」表示例如金屬顆粒的中值直徑。應當理解，金屬顆粒的尺 寸和形狀可以變化，通常是具有一定分布的性質。例如在顆粒尺寸的分布中，分布範圍的端 點可以大於、等於或小於上述範圍。因此，在一個方面中，金屬顆粒的中值粒徑約為0.020 英寸，可以在約0. 015-0. 025英寸的範圍內。本發明的結合材料可以包括金屬片結構。例如，金屬片結構可以包括能附著於金 屬組件並且能接受和聯鎖陶瓷材料的金屬波形片或金屬成形片。在一個方面中，金屬片結 構經過設計和定位，使得陶瓷材料能夠流動通過金屬片、在金屬片周圍和/或越過其至少 一部分流動並固結形成機械接合。本發明的結合材料可以包含適合用於預期應用的任何金屬，例如玻璃成形系統。 在各方面中，結合材料可以包含至少一種貴金屬和/或貴金屬合金，至少一種鉬族金屬和 /或鉬族金屬合金，至少一種難熔金屬和/或難熔金屬合金，或者它們的組合。在一個方面 中，結合材料包含貴金屬，例如金、銀、鉭、鉬、鈀或銠。在另一個方面中，結合材料包含鉬族 金屬，例如釕、銠、鉬、鈀、鋨或銥。在另一個方面中，結合材料包含難熔金屬，例如鎢、鉬、鈮、 鉭或錸。在各方面中，結合材料包含鉬和/或鉬/銠合金。在一個具體方面中，結合材料是 鉬。在另一個具體方面中，結合材料是鉬/銠(80/20)合金。在又一個具體方面中，結合材 料是鉬/銠(90/10)合金。結合材料可以包含單獨一種或多種金屬。而且，如果結合材料 包含多個單件，例如多個金屬顆粒、一片或多片金屬網、或者它們的組合，則各單件可以包 含相同或不同的組成。具體結合材料的組成可以與金屬組件的組成相同或不同，只要結合 材料能夠附著於金屬組件即可。在一個具體方面中，結合材料包括網眼尺寸為20目、標稱 金屬絲直徑約為0.008英寸且由鉬/銠(90/10)合金構成的金屬網。結合材料，例如鉬網 和鉬顆粒，可以從市場購得(例如，Alfa Aesar, Ward Hill, Massachusetts, USA)，本領域 技術人員能夠容易地選擇合適的結合材料。結合材料的附著本發明的結合材料可以附著於金屬組件的一個表面的至少一部分。不一定要求結 合材料完全覆蓋金屬組件，因為結合材料只需要以充足的量存在於一定的位置，使得足以 與陶瓷材料的至少一部分形成機械接合。在一個方面中，結合材料以不連續方式附著於金屬組件的至少一部分，使得結合材料不必以連續層方式存在。可任選對金屬組件(例如鉬合金片)進行清潔，從而在附著之前去除油和其他表面汙染物以及雜質。這種清潔步驟可以例如使用常規清潔劑、表面活性劑和/或溶劑進行。在附著之前，可以使用例如化學和/或機械技術，任選地對金屬組件的表面進行 粗糙化。在一個方面中，可以通過噴砂和/或噴珠對待附著結合材料的金屬組件的表面進 行粗糙化。在另一個方面中，可以通過化學蝕刻技術對待附著結合材料的金屬組件的表面 進行粗糙化。不一定要求在附著之前進行清潔或粗糙化步驟。本發明的結合材料可以分散在金屬組件的一個表面的至少一部分上。在一個方面 中，結合材料可以位於金屬組件的一個表面的至少一部分上的多個離散位置。例如，包括金 屬網的結合材料可以是位於金屬組件的表面上的單片金屬網或多片金屬網。結合材料的這 種離散放置方式使得下方金屬組件能夠變形(例如彎折)，這是緩解應力所必須的，上述應 力是因為例如陶瓷、結合材料和/或金屬組件的熱膨脹係數的差異而產生。在一個方面中， 可以將一片金屬網切割成與金屬組件的尺寸和形狀類似和/或匹配的尺寸和形狀。在另一 個方面中，金屬網片可以小於金屬組件。可以無規地、以一定圖案、或者以均勻方式將包括 金屬顆粒的結合材料分布在金屬組件的表面上。在一個方面中，金屬顆粒結合材料均勻分 布在待施加陶瓷材料的金屬組件表面的該部分上。在另一個方面中，可以以預定圖案分布 金屬顆粒結合材料，以加強接合，並且從而加強已接合製品、尤其是高應力區的強度。使結合材料與金屬組件的一部分接觸之後，可以使用任何合適的技術附著結合材 料。在一個方面中，可以通過在足以將結合材料的至少一部分熔合至金屬組件的溫度和加 熱時間條件下加熱金屬組件和結合材料，從而將結合材料附著於金屬組件。不一定要求結 合材料完全熔合至金屬組件，只要有足夠量的結合材料熔合使能夠與陶瓷材料接合即可。 在各方面中，可以在至少約13000C (例如1300、1400、1500、1600、1650、1700°C或以上)的 溫度下加熱已經接觸的結合材料和金屬組件足夠長的時間，使得結合材料的至少一部分附 著於金屬組件的至少一部分，所述時間例如至少約0. 25小時，例如約0. 25,0. 5,0. 75、1、2、 4、6、8、10、12、16或24小時；至少約2小時，例如約2、4、6、8、10、12、16或24小時，或至少約 5小時，例如5、6、7、8、9、10、12、14、18或24小時。加熱的具體時間和溫度可以變化。如果 溫度高到足以將結合材料的至少一部分附著於金屬組件的至少一部分，則加熱時間可以較 短，例如約20分鐘。在一個方面中，在約1650°C將已經接觸的結合材料和金屬組件加熱約 2小時。在另一個方面中，在約1700°C將已經接觸的結合材料和金屬組件加熱約20分鐘。 可以在較高溫度和/或較長時間段內加熱結合材料和金屬組件，只要增加的熱量不會對材 料和/或其熔合併接合陶瓷材料的能力產生負面影響即可。可以在較低溫度和/或較短時 間段內加熱結合材料和金屬組件，只要結合材料的至少一部分能熔合至金屬組件的至少一 部分即可。在加熱期間，可以任選地對結合材料和金屬組件施加壓力例如壓縮力，以加強和/ 或加快附著過程。即使施加壓力，該壓力可以根據具體材料和加熱條件變化。在一個方面 中，在加熱期間向結合材料和金屬組件施加至少約Ipsi的壓力。在另一個方面中，在加熱 期間向結合材料和金屬組件施加至少約IOpsi的壓力。可以利用用於附著材料的其他技術，例如焊接和/或粘合技術，只要使用這些技 術附著的材料在金屬組件將要經歷的溫度下保持穩定即可。可以使用一種或多種技術將結合材料附著於金屬組件。金屬熔合技術是本領域中已知的，本領域技術人員能夠容易地選 擇合適的技術和條件將結合材料附著於金屬組件。如果開始時提供的金屬組件並非適合預期應用的形式或形狀，則可以在附著過程 之前、同時或之後任選地將其成形為需要的形狀。在一個方面中，提供鉬片，在附著過程之 前將其成形為管。在另一個方面中，提供鉬片，在附著過程之後將其成形為管。陶瓷材料本發明的陶瓷材料可以是任何適合用於接合金屬組件的陶瓷。該陶瓷材料可以包 含耐火氧化物，例如&02、Si02、Ca0、Mg0、Al2O3、其他耐火氧化物，和/或它們的混合物。如 本文所用，術語「陶瓷」或「陶瓷材料」意在表示非固結的陶瓷材料，例如陶瓷組分的漿液或 混合物，並不意在表示乾燥的、硬化的、經過燒制的、或者以其他方式固結的陶瓷材料，除非 有這樣的指明。陶瓷材料可以包括不同組成、顆粒尺寸和相的單獨一種或多種陶瓷材料。陶 瓷材料還可以包含添加劑和/或燒結助劑。在一個方面中，陶瓷材料可以包含至少一種添 加劑以控制和/或調節流變性質，例如陶瓷材料的粘度。在另一個方面中，陶瓷材料能適應 常規玻璃成形和/或遞送系統。在各方面中，陶瓷材料能承受玻璃成形和/或遞送系統中 的典型溫度，例如最高約1600、1650、1700°C或以上。陶瓷材料可以從市場購得，本領域技術 人員能夠容易地選擇合適的陶瓷材料，用於具體製品和/或應用中。陶瓷材料的施加可以使用任何合適的技術將本發明的陶瓷材料施加於已附著的結合材料和金屬 組件。在一個方面中，施加陶瓷材料，使其至少一部分流動通過、繞過和/或越過結合材料 的至少一部分。在另一個方面中，施加陶瓷材料，使得已附著的結合材料的至少一部分嵌入 或基本嵌入陶瓷材料的至少一部分中。不一定要求結合材料完全嵌入陶瓷材料中，只要一 種或多種結合材料嵌入的程度能夠將陶瓷材料的一部分機械接合至金屬組件的至少一部 分所需的程度即可。在一個方面中，至少一種結合材料完全嵌入陶瓷材料中。在另一個方 面中，至少一種結合材料基本嵌入陶瓷材料中，使得結合材料與陶瓷材料聯鎖。在另一個方 面中，金屬網結合材料的網開口的至少一部分中填充了陶瓷材料。在又一個方面中，多個金 屬顆粒的至少一部分被陶瓷材料的至少一部分包圍。可以用添加劑控制和/或調節陶瓷材料的流變性質，使得陶瓷材料的至少一部分 能夠流動通過結合材料的至少一部分、在結合材料的至少一部分周圍和/或越過結合材料 的至少一部分流動。以這種方式施加的陶瓷材料可以固結或硬化，從而在結合材料/金屬 組件組合和陶瓷材料之間形成機械接合。在一個方面中，陶瓷材料是澆注的。在組裝在例如玻璃遞送系統中之前，或者在 組裝之後，可以將陶瓷材料澆注在已附著的金屬組件/結合材料的一個表面的至少一部分 上。在一個方面中，將已附著的金屬組件/結合材料成形為玻璃遞送管，放置在常規玻璃遞 送系統的耐火外殼中，然後在管周圍澆注陶瓷材料。可以向已附著的金屬組件/結合材料施加一種或多種陶瓷材料。在一個方面中， 在已附著的組件上或其周圍澆注單獨一種陶瓷材料。在另一個方面中，在已附著的組件上 或其周圍澆注不同組成的多種陶瓷材料。可以將陶瓷材料施加於包括已附著的結合材料的 金屬組件的一部分表面，或者施加於包括已附著的結合材料的金屬組件的整個表面。在各 其他方面中，可以使用噴射技術例如火焰噴射技術或等離子體噴射技術施加陶瓷材料。
可以以適合預期應用的任意量和/或厚度施加陶瓷材料。用於玻璃成形系統中時，在各方面中，可以施加例如約0. 05-0. 5英寸或以上厚度的陶瓷材料，例如約0. 05、 0. 10,0. 125,0. 15,0. 2,0. 25,0. 3,0. 4或0. 5英寸。在一個方面中，施加約0. 125英寸厚度 的陶瓷材料。用於陶瓷材料的施加技術是已知的，本領域技術人員能夠容易地選擇適合本 發明陶瓷材料的施加技術。施加之後，可以使陶瓷材料固結。在一個方面中，這種固結過程可以包括使陶瓷材 料乾燥、硬化和/或固化，而不需要附加步驟。在另一個方面中，固結過程可以包括加熱和/ 或燒制已經施加的陶瓷材料。在一個方面中，已經施加的陶瓷材料的生坯體強度足以進行 預期應用。在一個方面中，在燒制之前，可以對澆注的陶瓷製品進行約10-48小時的乾燥。 在各其他方面中，隨後可以在爐中或在其組合中按照用於玻璃成形系統的普通升溫方案對 陶瓷製品進行燒制。不誘氧的阻擋層根據本發明，具有金屬組件、結合材料和陶瓷材料的製品可以進一步包括塗層，該 塗層包括不透氧的阻擋層。不透氧的阻擋層可以減少和/或防止玻璃遞送系統組件例如遞 送管發生高溫氧化。如果存在時，不透氧的阻擋層可以塗覆已經接合的製品的一部分外表 面或已經接合的製品的全部表面。不透氧的阻擋層可以包含任何適合於提供阻擋層的材料。在各方面中，阻擋層可 以包含玻璃和/或玻璃_陶瓷材料。不透氧的阻擋層的厚度可以根據阻擋層組成和預期應 用而變化。為了提高強度和限制氧化，具有至少一層不透氧的阻擋層的製品可以進一步包括 阻擋材料和/或陶瓷材料的附加層。在一個方面中，製品包括多個(例如2、3、4、5或更多 個)個交替的不透氧的阻擋層和陶瓷材料層。在一個具體方面中，如圖2中所示，將結合材 料34附著於金屬組件20，向其施加第一陶瓷材料層40，然後有四個附加層，即交替的兩個 陶瓷層40和兩個包含玻璃的不透氧的阻擋層50。圖2中所示的具體方面並不意在限制，金 屬組件、結合材料、陶瓷和不透氧的阻擋層的材料組成、形狀和施加方法可以各不相同。雖然已經在附圖中示出和在詳細說明中描述了本發明的若干方面，但是應當理 解，本發明並不限於所揭示的方面，而是可以有不偏離以下權利要求提出和限定的本發明 原理的各種重新排列、修改和替換。本發明
具體實施例方式為了進一步說明本發明的原理，列出以下實施例為本領域技術人員提供本文要求 權利的方法、製品與裝置的製造和評價方法的完整揭示和描述。這些揭示和描述純粹是本 發明的示例，並不意在限制被認為是本發明的範圍。已經努力確保數值(例如量、溫度等) 的準確性；但是應當說明存在一些誤差和偏差。除非有另外的指明，否則，溫度是。C或環境 溫度，壓力等於或接近大氣壓。工藝條件可以存在許多變化和組合，以達到最佳的產品質量 和性能。優化這些工藝條件只需要合理和常規的實驗。實施例1-將鉑網附著於鉑板在第一實施例中，將標稱金屬絲直徑為0. 008英寸的鉬/銠(90/10重量％ )合金 的20目篩附著於鉬板。將網片切割成與鉬測試板大致相同的尺寸，放置在鉬板頂部。然後 在1650°C的爐中加熱網/板組合10小時，使網熔合至板。
實施例2-製備接合的測試製品在第二實施例中，製備包括陶瓷材料和實施例1中製備的鉬網/板組合物的測試 製品。將實施例1中製備的鉬網/板組合物放置在長方形小盒中，使網位於頂部。在盒中 在網/板組合物頂部澆注陶瓷至0. 5英寸厚度。將得到的組合乾燥，並在約1650°C燒結。實施例3-已經接合的製品的抗下垂件在第三實施例中，評價測試製品的抗下垂性。將實施例2中製備的已經接合的鉬 /ZrO2製品和沒有覆蓋結合材料或陶瓷材料的自立鉬板放置在1450°C爐內的支撐塊的兩個 臂上。在不到24小時的時間內，自立的鉬板發生下垂，採取支撐塊的彎曲形狀。相反，已經 接合的鉬ArO2製品在類似條件下堅持了至少60小時沒有發生下垂。這些實施例說明，使 用本發明的方法可以獲得增加的強度和抗下垂性。在本申請中，參考了多篇公開文獻。這些公開文獻的全部揭示內容通過參考結合於此，從而更全面地描述本文的組合物、製品、裝置和方法。對本文所述的組合物、製品、裝置和方法可以進行各種修改和變化。通過考慮本說 明書和實施本文所揭示的組合物、製品、裝置和方法，本文所述的組合物、製品、裝置和方法 的其他方面將是顯而易見的。應當理解，本說明書和實施例是示例性的。
權利要求
一種用於將金屬組件與陶瓷材料機械接合的方法，該方法包括A)將結合材料附著於金屬組件的一個表面的至少第一部分；然後B)向金屬組件的該表面的第一部分的至少一部分施加陶瓷材料，使得在陶瓷材料固結之後，結合材料基本嵌入陶瓷材料的至少一部分中，從而在金屬組件和陶瓷材料之間通過結合材料形成機械接合。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，金屬組件包含貴金屬、鉬族金屬、難熔金屬， 或它們的組合。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，金屬組件包含鉬、鉬合金，或它們的組合。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，結合材料包括以下至少一種A)金屬網，或B)多個金屬顆粒。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，結合材料包括以下至少一種A)網眼尺寸約為3-80目的金屬網，或B)顆粒尺寸約為0.003-0. 060英寸的多個金屬顆粒。
6.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，結合材料包括以基本均勻的方式分布在金 屬組件的一個表面的至少一部分上的多個金屬顆粒。
7.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，結合材料包含鉬、鉬合金，或它們的組合。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述附著步驟包括A)使結合材料與金屬組件的一個表面的至少一部分接觸；然後B)在足以將結合材料的至少一部分熔合至金屬組件的溫度和加熱時間條件下加熱已 經接觸的金屬組件和結合材料。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述加熱是在至少約1300°C加熱約1-24小時。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括在附著步驟之後和施 加步驟之前，將金屬組件成形為需要的形狀。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所需的形狀包括玻璃遞送管，該遞送管具 有附著於其至少一部分外表面的結合材料。
12.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述施加步驟包括澆注技術。
13.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，陶瓷材料包含耐火氧化物。
14.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括在將陶瓷材料施加於 金屬組件的一個表面的至少一部分之後，燒制陶瓷材料。
15.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，施加陶瓷材料至至少約0.10英寸的厚度。
16.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括用不透氧的阻擋層塗 覆陶瓷材料。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，不透氧的阻擋層包含玻璃。
18.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括用多個層塗覆陶瓷材 料，其中這些層包括不透氧的阻擋層、玻璃、陶瓷材料，或它們的組合。
全文摘要
揭示了一種將金屬組件機械接合至陶瓷材料的方法，該方法包括將結合材料附著於金屬組件的一個表面的至少一部分，然後向該金屬組件的該表面的至少一部分施加陶瓷材料，使得在陶瓷材料固結之後，結合材料基本嵌入陶瓷材料的至少一部分中，從而在金屬組件和陶瓷材料之間通過結合材料形成機械接合。還揭示了一種製品，該製品包括金屬組件、以及通過附著於金屬組件的至少一部分的結合材料與其機械接合的陶瓷材料。
文檔編號C23C4/10GK101827952SQ200880017091
公開日2010年9月8日 申請日期2008年5月21日 優先權日2007年5月22日
發明者D·M·萊恩曼, 王文超 申請人:康寧股份有限公司