具有氧化层的碳化硅陶瓷部件制造技术

提供一种陶瓷部件，其包括含有碳化硅的陶瓷体和位于陶瓷体上的氧化层，该氧化层含有结晶相，结晶相具有包括氧化铝和铝硅酸盐中的至少一种的各向异性形状的晶体。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Silicon carbide ceramic component with oxide layer

A ceramic component is provided, which comprises containing silicon carbide ceramic body and a ceramic body in the oxide layer, the oxide layer containing crystalline phase, crystalline phase including alumina and aluminum silicate in at least one anisotropic crystal shape.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及陶瓷部件，尤其是特别用于耐火应用中的碳化硅基陶瓷部件。
技术介绍
在陶瓷加工领域中众所周知的是，陶瓷体通常在较高温度，比如IOO(TC及 以上加热或烧制。这些烧制操作要求使用能耐这样高温的耐火材料和耐火部 件，这些材料和部件不仅能在高温下，而且能在炉或窑工作期间的加热冷却循 环周期中保持结构完整。这些耐火部件包括在烧制操作中用于连接保持或支撑 工件的炉或窑附件(furuiture)，以及确定该炉加热区域的耐火衬材料和结构+血 I回o碳化硅基陶瓷材料己经因为其各种高温性能而被用于耐火应用中，这些性 质包括耐腐蚀性，强度，耐热冲击性，导热性和其它性质。在各种碳化硅基陶 瓷中，如烧结碳化硅，热压碳化硅和热等静压碳化硅等致密碳化硅陶瓷特别耐 用。但是出于制造高度致密碳化硅部件(比如化^1(^@)有关的生产复杂性和 成本的原因，这些部件并未广泛作为耐火部件，只是在最严酷的使用条件下才 被应用。另一方面，成本上更经济，但是比较多孔的碳化硅材料，比如氮化物 粘结碳化硅(首字母縮写词为NBSC和NSIC)，已实际用于耐火应用中。氮化物粘结碳化硅往往是比较多孔的材料，其孔隙率通常是约10到15体积％。这些部件是从含有碳化硅和硅的生坯制造的，并在含氮气氛中以1500°C 左右的温度烧结生坯。虽然氮化物粘结碳化硅具有理想的高温性质，但是在氧 化条件下使用时，具有抗氧化性差的缺点，部分原因是其固有的孔隙率。通过 在氧化性气氛中再次烧制氮化物粘结碳化硅部件形成无定形或玻璃状二氧化 硅的薄氧化层，起到钝化和密封部件外表面的作用，已经解决了这个问题。但 是，专利技术人认识到，由氧化过程形成的钝化外层并不能充分保护部件，防止其 在使用中，特别是在高要求的烧制操作中发生过度氧化，这会导致部件过早地 出问题。已经发现有多种机理与不希望有的氧化过程有关。最主要的是，在这些部件的使用过程中，钝化外层可能被损坏，形成深入 氧化的通道。而且，钝化层中的相变可能导致产生拉伸应力，随后在层中产生 和增长裂缝。另外，水蒸气的存在可能会在钝化层中气泡或形成气泡，导致钝 化层失效和不利的部件氧化现象。考虑到碳化硅基耐火材料技术的情况，特别是氮化物粘结碳化硅部件，该 技术需要改进的部件，特别是在实际使用中具有提高的抗氧化性的部件。
技术实现思路
本专利技术一方面提供一种陶瓷部件，它由陶瓷体和位于陶瓷体上的氧化层形 成，陶瓷体含有碳化硅，氧化层含有无定形相和结晶相。结晶相含有由氧化铝 和铝硅酸盐中的至少一种形成的各向异性形状的晶体。本专利技术另一个特征是，提供一种陶瓷部件，它包括陶瓷体和位于陶瓷体上 的氧化层，陶瓷体含有氮化物粘结碳化硅。氧化层包含硼硅酸盐玻璃，该玻璃 含有氧化铝。本专利技术另一个特征是，提供一种陶瓷部件，它由氮化物粘结碳化硅陶瓷体 和位于该陶瓷体上富含氧化铝的氧化层形成。氧化层是通过氧化陶瓷体形成 的，具有无定形相和结晶相，并具有比氮化物粘结碳化硅陶瓷体中的氧化铝含 量多不少于5重量％的氧化铝。本专利技术另一个特征是，提供一种陶瓷部件，它包括陶瓷体和位于该陶瓷体 上的氧化层。陶瓷体含有碳化硅，氧化层是通过在氧化铝存在下氧化陶瓷体而 形成的。氧化铝可以具有较细(亚微米)的粒度。本专利技术另一个特征是，提供一种陶瓷部件，它包括含有碳化硅的陶瓷体， 和位于该陶瓷体上的氧化层。该氧化层是通过在氧化铝存在下氧化陶瓷体而形成的，氧化层含有无定形相和结晶相，结晶相包括针形晶体。本专利技术另一个特征是，提供一种陶瓷部件，它包括陶瓷体和位于该陶瓷体上的氧化层。该陶瓷体含有碳化硅，氧化层是通过在氧化铝和硼存在下氧化陶瓷体而形成的。氧化铝可以具有较细(亚微米)的粒度。本专利技术另一个特征是，提供了一种形成陶瓷部件的方法，该方法包括提供含有碳化硅的陶瓷体，用粒度小于约l.O微米的氧化铝涂布陶瓷体，并氧化该陶瓷体。本专利技术另一个特征是，提供了一种形成陶瓷部件的方法，该方法包括提供 含有碳化硅的陶瓷体，用氧化铝和硼涂布陶瓷体，并氧化该陶瓷体。氧化铝可 以具有比较细(亚微米)的粒度。本专利技术另一个特征是，提供了一种加工陶瓷零件的方法。该方法要求将陶瓷零件和至少一个耐火部件置于炉中，在不超过约150(TC的温度下热处理该陶 瓷零件和至少一个耐火部件，处理时间不少于约l小时。该耐火部件是由含碳 化硅的陶瓷体，以及位于该陶瓷体上的氧化层形成的，氧化层是通过在细微氧 化铝存在下氧化陶瓷体而形成的。本专利技术另一个特征是，提供一种加工陶瓷零件的方法。该方法要求将陶瓷 零件和至少一个耐火部件置于炉中，并热处理陶瓷零件和至少一个耐火部件。 耐火部件是由含碳化硅的陶瓷体，以及位于该陶瓷体上的氧化层形成的，氧化 层包含硼硅酸盐玻璃，所述硼硅酸盐玻璃含有氧化铝。该方法可以是较低温度 的方法，其中陶瓷零件和耐火部件在不超过130(TC的温度下加热。附图说明参考以下附图，能更好地理解本专利技术，其各种目的，特征和优点对本领域 技术人员而言是显而易见的。附图l所示为本专利技术实施例的氧化层所含的细微晶体。 在不同附图中使用相同的附图标记表示类似或等同物质。具体实施方式在本专利技术的实例中，提供一种陶瓷部件，它包括陶瓷体和位于该陶瓷体上 的氧化层。陶瓷体通常含有碳化硅，碳化硅通常形成该陶瓷体的主要陶瓷组分 (大于50重量％)。在该实例中，陶瓷体是氮化物粘结碳化硅，如背景部分中所述，在高要求的耐火应用中有实际用途。对于氮化物粘结碳化硅，氮化硅作为次要组分，其含量通常在约5到35重量％的范围内，比如在约22-29重量％ 的更窄范围内。该陶瓷体通常还具有一定的孔隙率，通常在约5到25体积％的 范围内。某些实例的孔隙率在略微更窄的范围内，比如约5到15体积％，或甚 至是约8到13体积％。通常，陶瓷体的形成，比如通过在石膏模中进行粉桨浇注成形为从成形体 的浆料的形成开始。关于陶瓷体形成技术的详细说明，注意参考文献中的美国 专利4990469。 一般说来，以干基计，将各约40重量％的粗细碳化硅粉末混合 在一起。另外添加约5重量％的氧化铝粉末和约0.5重量％的氧化铁粉末，余量 为约15到20重量％的硅粉。上述重量百分比以干粉末材料为基准。虽然通常 采用粉浆浇注方法，但是也可以使用陶瓷加工领域中常用的其它成型技术。比 如drip casting,压制，压铸，挤出和其它技术。然后以含有水，和用于分散并调节pH的合适添加剂的水溶液形式提供粉 末材料。制备稳定水成分散体或浆料之后，将悬浮体倒入石膏模中进行浇注。 通过毛细管作用从石膏模中排出水分，留下软铸产品。分离模具之后，干燥铸 件，然后在含氮气氛中热处理陶瓷生坯。通常加热生坯至超过约120(TC的温度， 在此温度下加热至少12小时。特定实例可以在含氮气氛中以更高温度热处理 更长时间，比如130(TC左右，和至少1到2天。在含氮气氛中烧制陶瓷体能使 生坯中所含硅与氮气反应，形成作为次相的氮化硅，粘结碳化硅主相。然后对由此形成的氮化物粘结碳化硅进行氧化处理。氧化处理通常在氧化 铝存在下进行。在另一个实施例中，氧化处理在硼存在下进行。氧化铝和/或 硼可以位于陶瓷体外表面上。硼通常并非元素形式，而是如硼酸的溶液形式， 或能在氧化处理中形成氧化硼(B203)的其它硼基前体形式。其它前体包括氮 化硼(B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷部件，它包括：　　　　孔隙率约为５到２５体积％的氮化物粘结碳化硅陶瓷体；和　　　　位于陶瓷体上富含氧化铝的氧化层，所述氧化层通过氧化陶瓷体而形成，氧化层具有无定形相和结晶相，富含氧化铝的氧化层具有比氮化物粘结碳化硅陶瓷体中的氧化铝含量多不少于５重量％的氧化铝。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RH布赖登，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]