專利名稱：制備陶瓷制品的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷制品的成型以及用于所說(shuō)成型的裝置。更進(jìn)一步但非排它性地說(shuō)，它涉及陶瓷材料管的成型。
陶瓷管一般是由制成所需“坯”形并在爐中烘烤的粘土形成的。這些管仍在使用但在機(jī)械強(qiáng)度和抗高溫方面質(zhì)量不高，因而發(fā)生大量破裂。對(duì)于可以承受更高要求的陶瓷管來(lái)說(shuō)，特別是對(duì)于象碳化硅那樣的重荷陶瓷來(lái)說(shuō)，其制造方法變得越來(lái)越復(fù)雜。日本公開(kāi)專利說(shuō)明書(shū)JP-A-03-218987描述了制造用于汽輪機(jī)燃燒管的復(fù)合碳化硅-金屬管的技術(shù)。這種制造方法首先是在金屬管內(nèi)表面上形成一層均勻的碳化硅粉末和碳粉混合物層。然后加入過(guò)量的硅并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制品。然后使該管狀制品非?？斓匦D(zhuǎn)，以進(jìn)行熱反應(yīng)并且在第一層中產(chǎn)生燒結(jié)碳化硅。
本發(fā)明的目的在于制備高質(zhì)量的陶瓷制品，如管子，同時(shí)避免這類復(fù)雜的工藝。
更具體地說(shuō)，本發(fā)明是通過(guò)研究如何將類似于陶瓷焊接工藝的技術(shù)運(yùn)用到陶瓷制品制造上而形成的。
在“陶瓷焊接”中，將固體難熔顆粒與金屬或半金屬，如鋁和硅的固體可燃燒燃料顆粒的混合物對(duì)著靶表面進(jìn)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(yīng)，從而與該難熔顆粒以及與該反應(yīng)所產(chǎn)生的氧化物一起形成粘附耐火物。
從英國(guó)專利1330894(Glaverbel)開(kāi)始已經(jīng)有了許多關(guān)于陶瓷焊接的專利。雖然人們已經(jīng)知道采用陶瓷焊接工藝來(lái)形成耐火制品，如具有特定形狀的用于建筑或修復(fù)工業(yè)窯爐的耐火塊，但是，歷史上它們主要用于現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)窯爐耐火材料，如用于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(fù)的地方，并在那產(chǎn)生與爐壁粘連的粘附耐火物。
用于窯爐中的耐火材料包括氧化物材料，如氧化鋁、氧化硅和氧化鋯。具有氮化硅基料的耐火材料用于某些冶金廠，特別是煉鐵高爐或鋅蒸餾塔中。用于修復(fù)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(xué)組成。
根據(jù)本發(fā)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制造陶瓷制品的方法，其中可燃燒顆粒在一種富氧氣體的存在下發(fā)生放熱反應(yīng)，從而由該難熔顆粒和該可燃燒顆粒的反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生制品，其特征在于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(chǎn)生粘附耐火制品，然后將該成型器與該制品分離。
本發(fā)明還提供了用于制備陶瓷制品的裝置，其特征在于它具有用于由難熔顆粒和可燃燒顆粒組成的粉末混合物的噴射裝置，用于富氧氣體的供應(yīng)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(yīng)，從而使該難熔顆粒和該可燃燒顆粒的反應(yīng)產(chǎn)物以該成型器的形狀形成粘附耐火制品，其中該金屬成型器的表面上沒(méi)有任何有助于在焊接材料和金屬之間產(chǎn)生粘接的刻痕或凸出物。
本發(fā)明特別適用于制造各種陶瓷制品，例如平板、弧形板、波紋板、盤和開(kāi)槽。但是它特別適用于制造空心制品，如管子、管狀連接件和過(guò)渡零配件。
根據(jù)本發(fā)明制得的制品具有高度耐火性和良好的機(jī)械性能，因此，它們可以用于陶瓷材料的重荷應(yīng)用中。它們特別適用于高效熱交換器中，用于耐腐浸沒(méi)加熱器、氣體噴嘴和金屬導(dǎo)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(yùn)用中特別重要。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可以由高級(jí)耐火材料生產(chǎn)零配件。它避免了低熔點(diǎn)物相的存在，產(chǎn)生了超過(guò)采用注漿、煅燒或燒結(jié)的傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明代表了制造大尺寸或形狀復(fù)雜的陶瓷制品的常規(guī)方法的一個(gè)簡(jiǎn)單替換方案。此外，其生產(chǎn)更加快速、可靠，而且由于它們僅僅是由所選擇的起始原料制造，因此通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇原料，它們?cè)谶x擇最終產(chǎn)品的性能方面具有相當(dāng)大的靈活性。
優(yōu)選的耐火材料的例子包括碳化硅、氧化鋁、氧化鋯和鋁-氧化鋯。碳化硅是要求具有良好耐高溫性能的制品的一個(gè)特別需要的成分。
可燃燒顆粒優(yōu)選地選自硅和鋁或其混合物。
該難熔顆粒優(yōu)選地其最大尺寸為2毫米。這有助于使由于靶表面造成的耐火損失降至最小?？扇紵w粒優(yōu)選地其平均顆粒直徑不超過(guò)50微米(術(shù)語(yǔ)“平均顆粒直徑”用于本文時(shí)代表50％重量的顆粒具有小于該平均值的尺寸)。
將成型器加熱到至少850℃可以確保該可燃燒顆粒點(diǎn)火，點(diǎn)火以后，可燃燒顆粒燃燒，同時(shí)釋放出相當(dāng)大量的熱。該成型器可以加熱到至少850℃，以確?？扇紵w粒到達(dá)成型器時(shí)產(chǎn)生點(diǎn)火。噴射也可以針對(duì)溫度低于850℃的成型器，例如在室溫下，然后將成型器的溫度升高，以開(kāi)始反應(yīng)。
優(yōu)選地，該粉末混合物可以從單個(gè)噴槍噴射，雖然如果需要也可以采用多個(gè)噴槍結(jié)構(gòu)。
方便的粉末攜帶氣體是用于燃燒的富氧氣體。通常，優(yōu)選地，采用工業(yè)級(jí)純氧，其原因在于它有助于獲得高反應(yīng)溫度。
通常，逐步地將粉末施加到成型器上，從一點(diǎn)開(kāi)始，并在整個(gè)金屬成型器表面上操作。涂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(yù)定的、可重復(fù)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式移動(dòng)。
該金屬成型器應(yīng)由耐高溫和耐化學(xué)攻擊的材料制成。不銹鋼通常是優(yōu)選的。該金屬成型器的形狀由所需制品的形狀確定。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)適當(dāng)選擇金屬成型器的形狀，它可以用來(lái)制造具有復(fù)雜形狀的制品，例如用于排氣管中的耐熱T形配件和L形配件。用來(lái)接受焊接材料的成型器表面是光滑的，沒(méi)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(chǎn)生任何粘接。
由于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(chǎn)具有非常精確的和可重復(fù)的內(nèi)部尺寸的空心制品。
該裝置包括將成型器相對(duì)該噴射噴槍運(yùn)動(dòng)的手段。這可以通過(guò)僅僅移動(dòng)該噴射裝置而實(shí)現(xiàn)，但較為方便的是該成型器本身可以移動(dòng)。
為了制造管子，該金屬成型器應(yīng)具有細(xì)長(zhǎng)筒形形狀。通過(guò)繞其軸旋轉(zhuǎn)該圓筒，陶瓷沉積物可以在一個(gè)點(diǎn)由單個(gè)噴槍施加。對(duì)于長(zhǎng)度不超過(guò)圓筒長(zhǎng)度的管子來(lái)說(shuō)，可以將噴槍沿該圓筒的軸移動(dòng)，從而使陶瓷涂層覆蓋整個(gè)圓筒表面。
本發(fā)明的方法的特別優(yōu)點(diǎn)是它可以用來(lái)制造尺寸不受成型器尺寸限制的管狀制品。這可以通過(guò)在管狀制品形成時(shí)將其從圓筒中取出而實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)谝蝗軤钪破饭袒瘯r(shí)，可以用操作工具將其抓緊并在另一圈管狀制品不斷形成的同時(shí)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(zhǎng)度不受成型條件的限制而取決于附近的操作空間和設(shè)備。
對(duì)于許多運(yùn)用來(lái)說(shuō)，將制品與成型器分離可以僅通過(guò)抽出該成型器而很容易地達(dá)到。如果需要，可以通過(guò)用一種耐火水泥預(yù)涂覆該成型器而將所形成的制品與該成型器分離，所說(shuō)的耐火水泥在成型過(guò)程中由于施加到其上的熱量而變脆，然后很容易從該成型器或該制品表面上裂開(kāi)。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(duì)于所形成的制品收縮，從而可以很容易地除去。
借助于下面的實(shí)施例，可以對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。這里要強(qiáng)調(diào)的是本發(fā)明并不限于在這些實(shí)施例所說(shuō)的特定數(shù)量和工藝。
實(shí)施例1將由INOX不銹鋼制成的可以繞其軸旋轉(zhuǎn)的圓管放在1000℃爐中進(jìn)行預(yù)熱。該圓筒外徑為40毫米，長(zhǎng)度為150毫米，其外表面光滑，沒(méi)有明顯的刻痕或突出物。通過(guò)噴槍，將具有下列組成(重量)的粉末混合物噴射到旋轉(zhuǎn)的預(yù)熱筒上碳化硅79％硅8％鋁5％氧化鎂8％該硅顆粒的尺寸為45微米以下，其比表面積為2500-8000平方厘米/克。鋁顆粒的尺寸低于45毫米，其比表面積在3500-6000平方厘米/克，碳化硅顆粒的尺寸低于1.47毫米，60％重量為1-1.47毫米，20％為0.5-1毫米，20％以下低于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(yè)純氧氣流中輸送。幾分鐘后，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(nèi)徑為40毫米，長(zhǎng)度為150毫米。所形成的管子的內(nèi)表面也完全光滑。
實(shí)施例2將在實(shí)施例1中所說(shuō)的圓管(但尺寸較大且?guī)в袃?nèi)部加熱裝置)涂覆耐火水泥，然后加熱到1100℃，在使圓筒旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，將組成如實(shí)施例1中所說(shuō)的粉末混合物在工業(yè)純氧氣流中由噴槍噴射到涂覆表面上。使噴射持續(xù)幾分鐘以在水泥上形成耐火層。在形成耐火層以后，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(nèi)徑為200毫米，長(zhǎng)度為1米。
權(quán)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制造陶瓷制品的方法，其中可燃燒顆粒在一種富氧氣體的存在下發(fā)生放熱反應(yīng)，從而由該難熔顆粒和該可燃燒顆粒的反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生制品，其特征在于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(chǎn)生粘附耐火制品，然后將該成型器與該制品分離。
2.如權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其中該陶瓷制品為一種空心制品。
3.如權(quán)利要求1或2所說(shuō)的方法，其中該耐火顆粒由碳化硅、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(quán)利要求中任意一個(gè)所說(shuō)的方法，其中該可燃燒顆粒選自硅和鋁或其混合物。
5.如前面權(quán)利要求中任意一個(gè)所說(shuō)的方法，其中該耐火顆粒的最大尺寸為2毫米。
6.如前面權(quán)利要求中任意一個(gè)所說(shuō)的方法，其中該可燃燒顆粒的平均顆粒直徑不超過(guò)50微米。
7.如前面權(quán)利要求中任意一個(gè)所說(shuō)的方法，其中該成型器被預(yù)熱到至少850℃。
8.如前面權(quán)利要求中任意一個(gè)所說(shuō)的方法，其中粉末混合物是由單個(gè)噴槍噴射的。
9.如權(quán)利要求1-7中任意一個(gè)所說(shuō)的方法，其中粉末混合物是由多個(gè)噴槍噴射的。
10.如前面權(quán)利要求中任意一個(gè)所說(shuō)的方法，其中粉末的攜帶氣體為用于燃燒的富氧氣體。
11.如前面權(quán)利要求中任意一個(gè)所說(shuō)的方法，其中可以用一種耐火水泥預(yù)涂覆該成型器，從而容易將所形成的制品與該成型器分離，所說(shuō)的耐火水泥在焊接過(guò)程中由于施加到其上的熱量而變脆。
12.如前面權(quán)利要求中任意一個(gè)所說(shuō)的方法，其中在形成該制品以后，可以將該金屬成型器冷卻，從而方便地將所形成的制品與該成型器分離。
13.如前面權(quán)利要求中任意一個(gè)所說(shuō)的方法，其中逐步地將粉末施加到成型器上，從一點(diǎn)開(kāi)始，并在整個(gè)金屬成型器表面上操作。
14.如前面權(quán)利要求中任意一個(gè)所說(shuō)的方法，其中該制品是一種管狀制品，它是在成型后由該金屬成型器上取下的。
15.用于制備陶瓷制品的裝置，其特征在于它具有用于由難熔顆粒和可燃燒顆粒組成的粉末混合物的噴射裝置，用于富氧氣體的供應(yīng)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(yīng)，從而使該難熔顆粒和該可燃燒顆粒的反應(yīng)產(chǎn)物以該成型器的形狀形成粘附耐火制品，其中該金屬成型器的表面上沒(méi)有任何有助于在焊接材料和金屬之間產(chǎn)生粘接的刻痕或凸出物。
16.如權(quán)利要求15所說(shuō)的裝置，其中粉末是通過(guò)噴槍噴射的并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(yù)定的、可重復(fù)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式移動(dòng)。
17.如權(quán)利要求15或16所說(shuō)的裝置，其中該金屬成型器應(yīng)由耐高溫和耐化學(xué)攻擊的材料制成的。
18.如權(quán)利要求15-17中任意一個(gè)所說(shuō)的裝置，其中該金屬成型器具有長(zhǎng)形的圓筒形狀。
19.如權(quán)利要求18所說(shuō)的裝置，其中該圓筒可繞其軸旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種用于形成陶瓷制品，特別是陶瓷材料如碳化硅管的方法和裝置，其中通過(guò)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制造陶瓷制品，其中可燃燒顆粒在一種富氧氣體的存在下發(fā)生放熱反應(yīng)，從而由該難熔顆粒和該可燃燒顆粒的反應(yīng)產(chǎn)物以該成型器的形狀產(chǎn)生粘附耐火制品。
文檔編號(hào)B05B7/20GK1167479SQ9519648
公開(kāi)日1997年12月10日 申請(qǐng)日期1995年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月28日
發(fā)明者J·P·梅恩肯斯, J-P·羅伯特 申請(qǐng)人:格拉沃貝爾公司