製備陶瓷製品的方法和裝置的製作方法
2023-12-05 18:12:36
專利名稱：製備陶瓷製品的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及陶瓷製品的成型以及用於所說成型的裝置。更進一步但非排它性地說，它涉及陶瓷材料管的成型。
陶瓷管一般是由製成所需「坯」形並在爐中烘烤的粘土形成的。這些管仍在使用但在機械強度和抗高溫方面質量不高，因而發生大量破裂。對於可以承受更高要求的陶瓷管來說，特別是對於象碳化矽那樣的重荷陶瓷來說，其製造方法變得越來越複雜。日本公開專利說明書JP-A-03-218987描述了製造用於汽輪機燃燒管的複合碳化矽-金屬管的技術。這種製造方法首先是在金屬管內表面上形成一層均勻的碳化矽粉末和碳粉混合物層。然後加入過量的矽並且在第一層上再形成一種鋁和Fe3O4混合粉末層從而形成一種管狀製品。然後使該管狀製品非常快地旋轉，以進行熱反應並且在第一層中產生燒結碳化矽。
本發明的目的在於製備高質量的陶瓷製品，如管子，同時避免這類複雜的工藝。
更具體地說，本發明是通過研究如何將類似於陶瓷焊接工藝的技術運用到陶瓷製品製造上而形成的。
在「陶瓷焊接」中，將固體難熔顆粒與金屬或半金屬，如鋁和矽的固體可燃燒燃料顆粒的混合物對著靶表面進行噴射，使該可燃燒顆粒以一種高度放熱方式與氧氣起反應，從而與該難熔顆粒以及與該反應所產生的氧化物一起形成粘附耐火物。
從英國專利1330894(Glaverbel)開始已經有了許多關於陶瓷焊接的專利。雖然人們已經知道採用陶瓷焊接工藝來形成耐火製品，如具有特定形狀的用於建築或修復工業窯爐的耐火塊，但是，歷史上它們主要用於現場修復窯爐耐火材料，如用於玻璃窯爐或焦炭爐爐壁的耐火材料。將陶瓷焊接混合物噴射到需要修復的地方，並在那產生與爐壁粘連的粘附耐火物。
用於窯爐中的耐火材料包括氧化物材料，如氧化鋁、氧化矽和氧化鋯。具有氮化矽基料的耐火材料用於某些冶金廠，特別是煉鐵高爐或鋅蒸餾塔中。用於修復混合物中的可燃燒顆粒和難熔顆粒通常選擇成使該粘附耐火物具有與窯爐耐火材料相類似的化學組成。
根據本發明，它提供了一種從由難熔顆粒和可燃燒顆粒組成的粉末混合物製造陶瓷製品的方法，其中可燃燒顆粒在一種富氧氣體的存在下發生放熱反應，從而由該難熔顆粒和該可燃燒顆粒的反應產物產生製品，其特徵在於該粉末混合物向著一種金屬成型器噴射，該金屬成型器被加熱到至少850℃，從而以該成型器的形狀產生粘附耐火製品，然後將該成型器與該製品分離。
本發明還提供了用於製備陶瓷製品的裝置，其特徵在於它具有用於由難熔顆粒和可燃燒顆粒組成的粉末混合物的噴射裝置，用於富氧氣體的供應裝置以及一種金屬成型器，朝著該金屬成型器噴射的顆粒與該富氧氣體起反應，從而使該難熔顆粒和該可燃燒顆粒的反應產物以該成型器的形狀形成粘附耐火製品，其中該金屬成型器的表面上沒有任何有助於在焊接材料和金屬之間產生粘接的刻痕或凸出物。
本發明特別適用於製造各種陶瓷製品，例如平板、弧形板、波紋板、盤和開槽。但是它特別適用於製造空心製品，如管子、管狀連接件和過渡零配件。
根據本發明製得的製品具有高度耐火性和良好的機械性能，因此，它們可以用於陶瓷材料的重荷應用中。它們特別適用於高效熱交換器中，用於耐腐浸沒加熱器、氣體噴嘴和金屬導管，如鋼包噴嘴中。耐腐蝕性的要求在熔融金屬，如鋅和鋁的運用中特別重要。
本發明的另一個優點在於可以由高級耐火材料生產零配件。它避免了低熔點物相的存在，產生了超過採用注漿、煅燒或燒結的傳統技術的優點。
本發明代表了製造大尺寸或形狀複雜的陶瓷製品的常規方法的一個簡單替換方案。此外，其生產更加快速、可靠，而且由於它們僅僅是由所選擇的起始原料製造，因此通過適當地選擇原料，它們在選擇最終產品的性能方面具有相當大的靈活性。
優選的耐火材料的例子包括碳化矽、氧化鋁、氧化鋯和鋁-氧化鋯。碳化矽是要求具有良好耐高溫性能的製品的一個特別需要的成分。
可燃燒顆粒優選地選自矽和鋁或其混合物。
該難熔顆粒優選地其最大尺寸為2毫米。這有助於使由於靶表面造成的耐火損失降至最小。可燃燒顆粒優選地其平均顆粒直徑不超過50微米(術語「平均顆粒直徑」用於本文時代表50％重量的顆粒具有小於該平均值的尺寸)。
將成型器加熱到至少850℃可以確保該可燃燒顆粒點火，點火以後，可燃燒顆粒燃燒，同時釋放出相當大量的熱。該成型器可以加熱到至少850℃，以確保可燃燒顆粒到達成型器時產生點火。噴射也可以針對溫度低於850℃的成型器，例如在室溫下，然後將成型器的溫度升高，以開始反應。
優選地，該粉末混合物可以從單個噴槍噴射，雖然如果需要也可以採用多個噴槍結構。
方便的粉末攜帶氣體是用於燃燒的富氧氣體。通常，優選地，採用工業級純氧，其原因在於它有助於獲得高反應溫度。
通常，逐步地將粉末施加到成型器上，從一點開始，並在整個金屬成型器表面上操作。塗覆方式可以人工施加，但較為方便的是將噴槍和成型器彼此安裝成使該噴槍與金屬成型器之間可以相互地以預定的、可重複的機械運動方式移動。
該金屬成型器應由耐高溫和耐化學攻擊的材料製成。不鏽鋼通常是優選的。該金屬成型器的形狀由所需製品的形狀確定。本發明的另一個優點在於通過適當選擇金屬成型器的形狀，它可以用來製造具有複雜形狀的製品，例如用於排氣管中的耐熱T形配件和L形配件。用來接受焊接材料的成型器表面是光滑的，沒有任何刻痕或突出物，從而防止在該焊接材料與金屬之間產生任何粘接。
由於在該成型器表面上形成的粘附陶瓷材料的表面精密地與金屬成型器的表面相配合，因此可以生產具有非常精確的和可重複的內部尺寸的空心製品。
該裝置包括將成型器相對該噴射噴槍運動的手段。這可以通過僅僅移動該噴射裝置而實現，但較為方便的是該成型器本身可以移動。
為了製造管子，該金屬成型器應具有細長筒形形狀。通過繞其軸旋轉該圓筒，陶瓷沉積物可以在一個點由單個噴槍施加。對於長度不超過圓筒長度的管子來說，可以將噴槍沿該圓筒的軸移動，從而使陶瓷塗層覆蓋整個圓筒表面。
本發明的方法的特別優點是它可以用來製造尺寸不受成型器尺寸限制的管狀製品。這可以通過在管狀製品形成時將其從圓筒中取出而實現當第一圈管狀製品固化時，可以用操作工具將其抓緊並在另一圈管狀製品不斷形成的同時將其圓筒沿軸向方向從圓筒上移走。以這種方式，可以使管子的總長度不受成型條件的限制而取決於附近的操作空間和設備。
對於許多運用來說，將製品與成型器分離可以僅通過抽出該成型器而很容易地達到。如果需要，可以通過用一種耐火水泥預塗覆該成型器而將所形成的製品與該成型器分離，所說的耐火水泥在成型過程中由於施加到其上的熱量而變脆，然後很容易從該成型器或該製品表面上裂開。另外，也可以將該成型器冷卻，例如冷卻到室溫，從而使它們相對於所形成的製品收縮，從而可以很容易地除去。
藉助於下面的實施例，可以對本發明作進一步描述。這裡要強調的是本發明並不限於在這些實施例所說的特定數量和工藝。
實施例1將由INOX不鏽鋼製成的可以繞其軸旋轉的圓管放在1000℃爐中進行預熱。該圓筒外徑為40毫米，長度為150毫米，其外表面光滑，沒有明顯的刻痕或突出物。通過噴槍，將具有下列組成(重量)的粉末混合物噴射到旋轉的預熱筒上碳化矽79％矽8％鋁5％氧化鎂8％該矽顆粒的尺寸為45微米以下，其比表面積為2500-8000平方釐米/克。鋁顆粒的尺寸低於45毫米，其比表面積在3500-6000平方釐米/克，碳化矽顆粒的尺寸低於1.47毫米，60％重量為1-1.47毫米，20％為0.5-1毫米，20％以下低於0.125毫米。氧化鎂顆粒的平均尺寸約為300微米。
該粉末混合物在工業純氧氣流中輸送。幾分鐘後，在該圓筒表面上施加了一層厚約10毫米的耐火層。將圓筒冷卻到室溫，可以很容易地將所形成的耐火管子抽出，其內徑為40毫米，長度為150毫米。所形成的管子的內表面也完全光滑。
實施例2將在實施例1中所說的圓管(但尺寸較大且帶有內部加熱裝置)塗覆耐火水泥，然後加熱到1100℃，在使圓筒旋轉的同時，將組成如實施例1中所說的粉末混合物在工業純氧氣流中由噴槍噴射到塗覆表面上。使噴射持續幾分鐘以在水泥上形成耐火層。在形成耐火層以後，將圓筒停止加熱，使之冷卻到室溫，它同樣容易抽出。在這種情況下，所形成的耐火管的內徑為200毫米，長度為1米。
權利要求
1.一種從由難熔顆粒和可燃燒顆粒組成的粉末混合物製造陶瓷製品的方法，其中可燃燒顆粒在一種富氧氣體的存在下發生放熱反應，從而由該難熔顆粒和該可燃燒顆粒的反應產物產生製品，其特徵在於該粉末混合物向著一種金屬成型器噴射，該金屬成型器被加熱到至少850℃，從而以該成型器的形狀產生粘附耐火製品，然後將該成型器與該製品分離。
2.如權利要求1所說的方法，其中該陶瓷製品為一種空心製品。
3.如權利要求1或2所說的方法，其中該耐火顆粒由碳化矽、氧化鋁、氧化鋯和鋁-氧化鋯中的一種或多種組成。
4.如前面權利要求中任意一個所說的方法，其中該可燃燒顆粒選自矽和鋁或其混合物。
5.如前面權利要求中任意一個所說的方法，其中該耐火顆粒的最大尺寸為2毫米。
6.如前面權利要求中任意一個所說的方法，其中該可燃燒顆粒的平均顆粒直徑不超過50微米。
7.如前面權利要求中任意一個所說的方法，其中該成型器被預熱到至少850℃。
8.如前面權利要求中任意一個所說的方法，其中粉末混合物是由單個噴槍噴射的。
9.如權利要求1-7中任意一個所說的方法，其中粉末混合物是由多個噴槍噴射的。
10.如前面權利要求中任意一個所說的方法，其中粉末的攜帶氣體為用於燃燒的富氧氣體。
11.如前面權利要求中任意一個所說的方法，其中可以用一種耐火水泥預塗覆該成型器，從而容易將所形成的製品與該成型器分離，所說的耐火水泥在焊接過程中由於施加到其上的熱量而變脆。
12.如前面權利要求中任意一個所說的方法，其中在形成該製品以後，可以將該金屬成型器冷卻，從而方便地將所形成的製品與該成型器分離。
13.如前面權利要求中任意一個所說的方法，其中逐步地將粉末施加到成型器上，從一點開始，並在整個金屬成型器表面上操作。
14.如前面權利要求中任意一個所說的方法，其中該製品是一種管狀製品，它是在成型後由該金屬成型器上取下的。
15.用於製備陶瓷製品的裝置，其特徵在於它具有用於由難熔顆粒和可燃燒顆粒組成的粉末混合物的噴射裝置，用於富氧氣體的供應裝置以及一種金屬成型器，朝著該金屬成型器噴射的顆粒與該富氧氣體起反應，從而使該難熔顆粒和該可燃燒顆粒的反應產物以該成型器的形狀形成粘附耐火製品，其中該金屬成型器的表面上沒有任何有助於在焊接材料和金屬之間產生粘接的刻痕或凸出物。
16.如權利要求15所說的裝置，其中粉末是通過噴槍噴射的並且噴槍和成型器彼此安裝成使該噴槍與金屬成型器之間可以相互地以預定的、可重複的機械運動方式移動。
17.如權利要求15或16所說的裝置，其中該金屬成型器應由耐高溫和耐化學攻擊的材料製成的。
18.如權利要求15-17中任意一個所說的裝置，其中該金屬成型器具有長形的圓筒形狀。
19.如權利要求18所說的裝置，其中該圓筒可繞其軸旋轉。
全文摘要
一種用於形成陶瓷製品，特別是陶瓷材料如碳化矽管的方法和裝置，其中通過向著一種被加熱到至少850℃的表面光滑的金屬成型器噴射由難熔顆粒和可燃燒顆粒組成的粉末混合物製造陶瓷製品，其中可燃燒顆粒在一種富氧氣體的存在下發生放熱反應，從而由該難熔顆粒和該可燃燒顆粒的反應產物以該成型器的形狀產生粘附耐火製品。
文檔編號B05B7/20GK1167479SQ9519648
公開日1997年12月10日 申請日期1995年11月24日 優先權日1994年11月28日
發明者J·P·梅恩肯斯, J-P·羅伯特 申請人:格拉沃貝爾公司