化学制备粘接复合氢氧化物陶瓷的方法技术

本发明专利技术关于化学制备粘接的复合氢氧化物陶瓷的新型方法，通过将热处理的氢氧化物陶瓷接触磷酸盐试剂，随后热处理形成的体系，以开始迅速的化学粘接反应。这种组合的氢氧化物／化学粘接方法可用于制备各种高温和低温应用的陶瓷或陶瓷涂层，包括防腐蚀、抗磨损、介质特性、金属增强陶瓷、陶瓷膜、非粘性表面、生物活性陶瓷、热屏蔽陶瓷，非湿润表面等。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于通过使热处理的氢氧化物陶瓷经受磷酸盐试剂而产生一种体系，随后热处理体系，以开始迅速进行化学粘接反应，而制备粘接的复合氢氧化物陶瓷的新工艺方法。
技术介绍
通过科学文献和专利文献可知，在含有磷酸或各种形式磷酸盐体系内的化学活性受到广泛关注。尤其是，已经报导了陶瓷通过磷酸盐化的化学粘接在耐火材料和补牙粘接剂中的应用，例如，将氧化铝、或铝-硅酸盐、或锆石、或许多其他纯的或混合的氧化物(像Cr2O3、ZrO2)与磷酸H3PO4(PA)或磷酸单铝Al(H3PO4)3，(MAP)进行混合，使之在相当低的温度200～400℃下引起组分间的反应，并形成化学粘接。这些方法已成功地生产工业用耐火材料。这些专利技术的目的是生产整体陶瓷，但避免了通常的高温处理(或“烧结”)以粘接陶瓷颗粒。此外，在加工时，化学粘接陶瓷受到非常小的收缩，即，得到的化学粘接组件的尺寸和形状几乎与混合、挤压粉末件的尺寸和形状相同。在另一个现有技术实例中，将混合有锌金属和氢氧化铝的氧化锌进一步与磷酸混合。将混合物在室温下反应、静置以生产补牙粘结剂。已对含磷酸盐体系的粘接行为进行大规模的研究，是否体系中的一种氧化物呈现出对磷酸盐的基本室温反应性。例如，MgO迅速与磷酸单铝反应，以形成水合的磷酸镁，它粘接冷固化混凝土固结聚集组分。氧化铝与磷酸盐的反应粘接已用于生产可控的、细孔结构的陶瓷，如分子筛描述于U.S.Pat.No.5178846。钢或铝的磷酸盐化处理可生产薄的(1-10μm)缓和保护层，这可以用作有机涂料、或其他涂敫，如陶瓷涂层的后续应用的粘接涂层。为了生产磷酸盐粘接陶瓷，在载有磷酸盐反应剂，例如正磷酸(H3PO4)，和一种氧化物(如氧化铝、氧化锆、氧化铬、氧化锌、和其他)之间开始化学反应。结果在相当低的温度下形成耐火的磷酸盐，如磷酸铝。例如，对于Al2O3-H3PO4-Al(H2PO4)3体系，反应在127℃开始，并在约500℃完成。在较高的温度下生成的无定型磷酸铝经受一系列的晶相转换，在约1760℃下，可能分解成P2O5和Al2O3。最有意义的体系含有陶瓷颗粒，进行化学粘接以在金属基质上形成保护膜。膜在制备后续涂敷的沉积(如，在涂敷之前对金属的磷酸盐处理)或对于增加防腐蚀和/或防磨损中用于表面改性。然而，由于磷酸盐，例如磷酸，的基本活性是针对金属的。所以含有金属的体系(如在金属上含磷酸盐涂层，或含金属颗料的涂层)必然涉及到控制该体系反应性的方法。在科学和专利文献中公开的这种体系之一，是对金属的(如钢)保护涂层，同时含有磷酸和铝金属颗粒，在这种涂层中，将粒状铝与磷酸溶液相结合而用于金属表面，在250-550℃下加热处理，以便金属颗粒彼此粘接，并粘接到基质金属上。在这种涂层制剂中，必须防止铝与磷酸盐反应的扩大，可能的剧烈反应。在U.S.Pat.No.3248251中公开了一种熟知的体系，并达到了此目的，是向溶液中添加铬酸盐或钼酸盐，以有效地防止铝金属与磷酸盐过分反应。这些主要的金属涂层仍广泛地用于保护铁金属，以防止腐蚀和氧化。在U.S.Pat.No.3395027中还公开了另一种类似体系。在U.S.Pat.No.5279649和5279650中，Stetson等人提出一种建议，以排除使用对环境造成危害的铬酸盐或钼酸盐，形成过多的溶解铝离子，如降低对铝金属的反应性。这些制剂含有大量其他物质以抑制磷酸盐对铝颗粒的反应活性。但在一系列的U.S.Pat.No.5478413、5652064、5803990和5968240中，Mosser等人还公开了另一种尝试，以生产适宜涂敷的“对环境有利的”磷酸盐粘接组合物。所有这些制剂都含有离子(除磷酸盐离子溶液)的复合混合物，其目的是在涂层应用中控制磷酸盐的反应性。在U.S.Pat.No.4544408中公开了这种涂层体系的一种变化形式，将水/酸分散水合氧化铝的预混合物(例如勃姆石或类勃姆石)混合到通常的铬酸盐/磷酸盐或钼酸盐/磷酸盐的涂层组合物中。该专利指出混合二种溶液导致水合氧化铝颗粒的凝胶化，作为这种方法的结果，是形成触变混合物。混合物的触变特性使在旋转涂敷过程中能形成均匀涂层的沉积，还公开了氧化铝或铝颗粒能改进这种涂层的性能。进而在U.S.Pat.No.4838942中提出在非常低的温度150～190℃下可固化含铝颗粒的涂层体系和铬、磷、磷酸和磷酸铝的混合物。与本专利技术有关的另一领域包括全部陶瓷体系(即，不存在金属)，其中，氧化物陶瓷(HC)是非常细小(纳米级)的颗粒，如勃姆石AlOOH、与烧结陶瓷，如α氧化铝进行混合。这些体系在本专利技术中称之为复合氢氧化物陶瓷CHC。在热处理时，纳米级的HC颗粒发生分解，释出水，并形成非常活化的纳米级氧化铝颗粒。在这些体系内，热分解勃姆石的非常大的表面积(超过100m2/g)，和高反应活性，用于加速所得氧化铝的烧结，即，在约1300℃下可获得这种CHC充分密实化。开始混合的烧结α氧化铝颗粒在从热分解勃姆石形成氧化铝时，起到了成核位点的作用。这些体系可应用于在相当低的温度，即1300℃下进行密实氧化铝陶瓷。然而，这些温度仍太高，以至于不能在多数金属上进行CHC的陶瓷涂层。而且，勃姆石的热分解和从该体系内的后续除水会导致相当大的收缩，超过生成陶瓷体的20％。这样由于基质金属没有经受任何加工收缩，因此在热处理时，设定的CHC涂层会发生破裂。如果增加体系内烧结陶瓷的份额，这种收缩会减小。陶瓷加工的现有技术中，这种现象是众所周知的，例如，在耐火陶瓷加工中。例如，当将陶瓷粉末压制成耐火砖时，在热处理(如粘土成分)时基本上进行收缩，添加一部分预先灼烧并磨碎的砖(“熟料”)可减小整个收缩，而产生砖的化学组成基本上保持不变。以相同的概念应用于陶瓷涂层，由Barrow等人引入并公开在U.S.Pat.No.5585136中，重新发表于Re.36573中。作者指出向溶胶-凝胶溶液中分散高达90％的细烧结陶瓷颗粒，可在金属上沉积陶瓷涂层和厚的组合物膜，所公开的溶胶-凝胶溶液是通过溶解盐、有机金属化合物、如醇盐、或羧酸盐和酮类的相当复杂的过程而获得的。这些体系被分类为复合溶胶-凝胶(CSG)，仍需要在高达1000℃的相当高的温度下加热处理，以开始形成陶瓷粘接。最近由Troczynski和Yang公开了一种方法，可避免这种过高温，仍能获得CSG中的基本陶瓷粘接。在该专利技术中，通过磷酸盐化反应使CSG陶瓷涂层经受化学的粘接，即，通过用磷酸H3PO4(PA)或磷酸单铝Al(H3PO4)3，(MAP)，或它们的结合，对CSG涂敷进行浸渍。通过溶解盐、有机金属化合物、如醇盐、或羧酸盐和酮类而产生的溶胶颗粒的高反应性可使CSG在低到200℃的温度下就能迅速化学粘接。所获得的化学粘接的复合物溶胶-凝胶体系(CB-CSG)，可用于低温下在金属上完全沉积陶瓷涂层。铝盐的磷酸盐化处理在过去已用于金属铸造的迅速硬化铸件。专利技术简要本专利技术是对上述描述的含磷酸盐体系进行大量改进的专利技术。本专利技术的目的是控制磷酸盐，诸如磷酸H3PO4(PA)、亚磷酸H3PO3(PA′)，或磷酸单铝Al(H3PO4)3，(MAP)，对体系(金属的或非金属的)中其他成分的反应活性，而不必添加第二种化合物，像钼酸盐或铬酸盐。这种很好控本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备化学粘接的氢氧化物陶瓷的方法，它包括如下步骤：（ａ）将氢氧化物陶瓷脱水制备脱水的氧化物陶瓷，（ｂ）用磷酸盐化处理剂对氢氧化物衍生的脱水的氧化物陶瓷进行磷酸盐化处理，（ｃ）在２００～１２００℃下热处理磷酸盐化处理使氧化物陶瓷进 行反应。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：托马兹特罗克齐恩斯基，杨全祖，
申请(专利权)人：英属哥伦比亚大学，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]