涂覆的硅反應(yīng)管的制作方法
【專利說(shuō)明】涂覆的括反應(yīng)管
[OOOU 本發(fā)明專利申請(qǐng)是2009年7月2日提交的國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2009/049469、國(guó) 家申請(qǐng)?zhí)枮?00980124804. X、發(fā)明名稱為"涂覆的反應(yīng)管、制備涂覆的反應(yīng)管的方法化及利 用氣溶膠分解在所述反應(yīng)管內(nèi)制備含餓玻璃料粉的方法"的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及耐腐蝕反應(yīng)管、為反應(yīng)管內(nèi)部提供純化或耐腐蝕涂層的方法、W及采 用耐腐蝕反應(yīng)管制備高餓玻璃粉的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 許多產(chǎn)品應(yīng)用需要玻璃粉具有下列一種或多種特性；純度高，化學(xué)性質(zhì)可控，球形 形態(tài)，平均粒度小，粒度分布窄，很少附聚或沒有附聚。要求此類特性的玻璃粉應(yīng)用的實(shí)例 包括但不限于用于制備電子器件的厚膜糊料。厚膜糊劑為有機(jī)載體內(nèi)的粉末混合物，其中 有機(jī)載體在將糊劑施涂到基底之后通過(guò)高溫賠燒移除。
[0004] 對(duì)前體溶液的霧化液體噴霧進(jìn)行氣溶膠分解是可用于制備大致球形玻璃顆粒的 方法。在該方法中，含有最終玻璃中所期望元素的前體溶液被霧化W制備氣溶膠。接著讓 氣溶膠顆粒通過(guò)反應(yīng)管，在反應(yīng)管中除去溶劑并將氣溶膠顆粒加熱至足夠高的溫度W將前 體化合物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品玻璃顆粒。在該樣高的溫度下，需要使用合適材料構(gòu)造的反應(yīng)管。
[0005] 需要一種可用于制備玻璃粉的改善的氣溶膠方法。也需要具有改善性能的玻璃和 制備玻璃的方法。此外，還需要可在通過(guò)氣溶膠方法制備玻璃的方法中使用的改善的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，本發(fā)明設(shè)及：通過(guò)含餓化合物和含餓與堿的化合物在高溫氧化環(huán)境下耐腐 蝕的陶瓷或玻璃陶瓷反應(yīng)管；用于形成由二氧化娃層和娃酸餓層組成的保護(hù)性涂層的方 法，W使所得管在氣溶膠反應(yīng)條件下耐腐蝕；W及該管在制備高餓玻璃和含餓與堿的玻璃 中的用途。
【具體實(shí)施方式】
[0007] 用于大規(guī)模工業(yè)制造過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)必須考慮多種因素，W使制備材料的方法保 持穩(wěn)定、高質(zhì)量、高產(chǎn)量和節(jié)約成本。作為本發(fā)明主題的一種此類化學(xué)反應(yīng)用于制造玻璃顆 粒，其中最終玻璃粉可包含濃度相對(duì)較大的餓離子W及其他元素（例如，裡、鋼和/或鐘之 類的堿離子）W實(shí)現(xiàn)所期望的玻璃性能和特性。
[000引本發(fā)明設(shè)及可用于制備玻璃粉的改善的氣溶膠方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，玻璃粉 可包含濃度相對(duì)較大的餓離子。此外，本發(fā)明設(shè)及具有改善性能的玻璃和制備玻璃的方法。 此外，本發(fā)明還設(shè)及可在通過(guò)氣溶膠方法制備玻璃的方法中使用的改善的裝置。
[0009] 在通過(guò)氣溶膠方法制備玻璃的方法中，可將玻璃材料在反應(yīng)管中煙霧化。在煙霧 化玻璃材料的過(guò)程中，已知在某些玻璃材料（例如餓含量較高的材料）的存在下反應(yīng)管會(huì) 腐蝕。因此，人們認(rèn)識(shí)到，需要通過(guò)氣溶膠方法制備玻璃的改善方法，需要用于氣溶膠方法 的改進(jìn)裝置，并且需要利用改進(jìn)裝置通過(guò)氣溶膠方法制備的玻璃。
[0010] 涂覆管
[0011] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供了涂覆管。在該實(shí)施方案的一個(gè)方面，涂覆管 可為反應(yīng)管并可用于通過(guò)氣溶膠方法制備玻璃的方法中。涂覆管具有適于高溫加工（如 500-130(TC)的物理和化學(xué)特性。在一個(gè)實(shí)施方案中，涂覆管可具有能用于連續(xù)工作的能 力，能夠承受在環(huán)境溫度與最大工作溫度之間的熱循環(huán)，并且具有六個(gè)月或W上的有效使 用壽命。在一個(gè)實(shí)施方案中，涂覆管可W抵抗氣溶膠環(huán)境的腐蝕。該種耐腐蝕性可W防止 用管材料制備的玻璃粉被污染。此外，耐腐蝕性可W防止管在制造過(guò)程中失效。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施方案中，初始管可由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的多種材料中的一種或多 種制成，該些材料包括陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃和金屬。在一個(gè)實(shí)施方案中，管可W選自： Hexoloyii SiC和反應(yīng)燒結(jié)SiC管與試塊。在一個(gè)實(shí)施方案中，初始管可包含一種或多種 下列材料；碳化娃、反應(yīng)燒結(jié)碳化娃、a燒結(jié)碳化娃（如Hexoloy" SiC)和氮化娃。在一 個(gè)實(shí)施方案中，初始管可包含反應(yīng)燒結(jié)碳化娃。
[0013] 授予Hampden-Smith等人的美國(guó)專利6, 338, 809和授予Kodas等人的美國(guó)專利 6, 866, 929描述了由莫來(lái)石、烙融二氧化娃和氧化侶之類陶瓷材料制成的反應(yīng)管或金屬管， 該兩個(gè)專利W引用方式并入本文中。
[0014] 一個(gè)實(shí)施方案設(shè)及涂覆的陶瓷或玻璃陶瓷反應(yīng)管，該反應(yīng)管通過(guò)含餓化合物和含 餓與堿的化合物在高溫氧化氣氛下耐腐蝕，其中管內(nèi)部的涂層包括二氧化娃層和娃酸餓 層。
[0015] 如本文所用，術(shù)語(yǔ)"腐蝕"被定義為反應(yīng)管內(nèi)不需要的或不可取的化學(xué)或物理變 化。腐蝕的一個(gè)實(shí)例是氣溶膠前體對(duì)反應(yīng)管的溶解或滲透或者反應(yīng)管受到的任何化學(xué)或物 理沖擊，該沖擊可導(dǎo)致反應(yīng)管失效，或者可導(dǎo)致所制備的玻璃粉被污染，從而在玻璃粉制造 過(guò)程中結(jié)束反應(yīng)管的使用壽命。此外，使反應(yīng)管在高溫下對(duì)氣溶膠的固有耐久性或穩(wěn)健性 顯著提高的任何機(jī)制，或者使反應(yīng)管的正常（固有）壽命顯著延長(zhǎng)的任何機(jī)制被定義為"耐 腐蝕性"。較長(zhǎng)的使用壽命W及反應(yīng)管很少受到化學(xué)或物理?yè)p壞（該種損壞會(huì)導(dǎo)致管被破 壞和/或反應(yīng)管的有效使用壽命結(jié)束）的跡象被認(rèn)為是反應(yīng)管可用于本發(fā)明的關(guān)鍵屬性。
[0016] 本發(fā)明所用陶瓷的定義來(lái)自W. D. Kingery、比K. Bowen和D. R. Uhlmann在 "Intro化ction To Ceramics"(陶瓷導(dǎo)論）中的定義；"陶瓷[被定義]為制造和使用固 體制品的藝術(shù)與科學(xué)，該種固體制品主要由作為其基本組分的無(wú)機(jī)非金屬材料構(gòu)成。陶瓷 材料的一些實(shí)例可能是氧化侶、方石英、a -石英、莫來(lái)石、藍(lán)晶石、碳化娃、氮化娃和鐵酸錠 錯(cuò)。"
[0017] 旨在用于本發(fā)明的各種形式的反應(yīng)管可通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法制造。在 選擇制造工藝時(shí)，可能會(huì)考慮氣溶膠方法所要求的具體幾何形狀和公差。用于制造管的示 例性制造工藝包括但不限于注漿成型、模塑或擠出。
[001引金屬、金屬合金和金屬混合物（例如，鋼、不誘鋼、銷及其合金、Inconer (Special Metals Co巧oration的注冊(cè)商標(biāo)，是指一系列基于鑲的奧氏體超耐熱合金）、鶴、 鋼、和鶴鋼合金）常被用作反應(yīng)容器或反應(yīng)管的結(jié)構(gòu)材料，W在環(huán)境條件下進(jìn)行反應(yīng)，但更 具體地講在高溫和/或高壓下的腐蝕環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)。
[0019] a -燒結(jié)碳化娃（或SiC)也被稱為無(wú)壓力燒結(jié)SiC。該材料通常完全致密，其最終 賠燒成型后的孔隙率小于1%。由于其孔隙率較低，該材料幾乎具有玻璃狀外觀。由該材料 制成的型材通常是等靜壓壓制的或擠出的，在此過(guò)程中細(xì)小的SiC粉末被壓制成終形或近 終形。接著可W進(jìn)行一些巧體加工W得到賠燒前的最終形狀。然后，將工件在大于1500°c 的高溫下賠燒W完成燒結(jié)過(guò)程，使得工件的尺寸收縮率在百分之十五（15%) W上。a-燒 結(jié)SiC是非常堅(jiān)固的材料，但具有非常低的斷裂初度。如果材料中出現(xiàn)裂縫，則通常會(huì)產(chǎn)生 非常嚴(yán)重的故障。此外，由于加工技術(shù)的原因，此類材料也存在尺寸限制問題。該材料很難 制造成直徑大于四英寸的管，并且目前也無(wú)法制造成88英寸W上的長(zhǎng)度。
[0020] a -燒結(jié)SiC通常用作熱電偶保護(hù)管、畜具、密封件、換熱器管和滾筒。由于其不氧 化的化學(xué)特性，在1500°CW上才會(huì)出現(xiàn)材料的氧化問題。低于該溫度時(shí)，a-燒結(jié)SiC表面 會(huì)保持防止進(jìn)一步氧化的氧化物保護(hù)層。
[0021] 反應(yīng)燒結(jié)SiC是由SiC顆粒骨架網(wǎng)構(gòu)成的充分致密的材料，主體內(nèi)的間隙用金屬 娃填充。該材料通過(guò)將陶瓷粉末壓制或注漿成型為終形來(lái)制備。然后將該材料在碳和娃的 存在下賠燒，使碳和娃滲入多孔主體內(nèi)。碳與娃的反應(yīng)生成將預(yù)成形的SiC顆粒連接在一 起的SiC頸部。其他任何娃都會(huì)保留在材料的孔內(nèi)，從而使其基本上沒有孔。反應(yīng)燒結(jié)過(guò) 程中幾乎沒有尺寸變化。
[0022] 反應(yīng)燒結(jié)SiC通常不及a燒結(jié)SiC堅(jiān)固，但由于其娃相而具有高得多的斷裂初 度。RBSiC可制成很大的形狀，其尺寸限制主要在于巧體較弱而導(dǎo)致的抓握問題和爐的容 量。RBSiC通常用作畜具、換熱器管、耐磨保護(hù)成型件和防彈板。類似a-燒結(jié)SiC，RBSiC 形成純化的氧化物層，可W防止其在高溫下進(jìn)一步氧化。RBSiC通常不在1370°C W上的溫 度下使用，因?yàn)樵谠摐囟认峦尴鄷?huì)軟化。
[002引管涂房
[0024] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，涂覆管可在反應(yīng)管內(nèi)部具有涂層。該涂層可包括一 種或多種選自下列的組分；二氧化娃、娃酸餓W及它們的混合物。該涂層可包括一個(gè)或多個(gè) 層。一個(gè)或多個(gè)層可包括選自下列的一個(gè)或多個(gè)層：二氧化娃層、娃酸餓層W及它們的組 合。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施方案中，二氧化娃涂層可包括選自下列的一種或多種晶體形式：方石 英、石英和鱗石英。在一個(gè)實(shí)施方案中，娃酸餓涂層可包含選自下列的一種或多種組分： Bi4Si3〇i2晶體和具有組分Bi 2〇3和SiO 2的非晶材料。在另一個(gè)方面，非晶材料可包括近似 組合物2Bi2化.3Si化。
[0026] 在含餓組合物、含堿組合物W及它們的混合物的存在下，涂覆管