包含纳米添加剂的低蠕变锆石及其制备方法技术

一种复合材料，其主要由ＺｒＳｉＯ４以及烧结添加剂组成，所述烧结添加剂选自第Ｉ类、第ＩＩ类和第ＩＩＩ类烧结添加剂以及它们的组合，其含量为：第Ｉ类０．０重量％－０．１重量％，选自Ｆｅ２Ｏ３，ＳｎＯ２，氧化物玻璃，以及它们的混合物和组合；第ＩＩ类０．１重量％－０．８重量％，选自ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，ＶＯ２，ＣｏＯ，ＮｉＯ，ＮｂＯ，以及它们的混合物和组合；第ＩＩＩ类０．０重量％－０．８重量％，选自Ｙ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｃｒ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３，以及它们的混合物和组合，其中烧结添加剂的量是以氧化物计，基于组合物的总重量的重量百分比。本发明专利技术特别适合用来制造大尺寸的耐火体，该耐火体在升高的操作温度下具有抗蠕变性，例如用于熔融拉制玻璃制造工艺的等静槽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及锆石材料，包含该锆石材料的制品，以及该锆石材料的制备方法。具体 来说，本专利技术涉及包含烧结添加剂的低蠕变烧结的锆石材料，包含该锆石材料的制品，以及 该锆石材料的制备方法。本专利技术可以用来例如制备基于低蠕变锆石的等压槽(isopipe)，该 等压槽用于熔融拉制玻璃制造工艺。
技术介绍
某些应用需要使用耐高温的材料，该材料在高工作温度条件下，在其使用寿命内 发生的变形程度很低。锆石(&Si04)就是这样一种候选材料。但是，锆石材料的抗变形能 力取决于其制造方法和组成。人们发现某些锆石材料在高于150(TC的高工作温度下会发生 较高的蠕变。例如，等压槽是用来制造精密平板玻璃的熔融法中的关键部件。常规的锆石等压 槽是由包含一些烧结添加剂的锆石材料(市售锆石)制造的，所述烧结添加剂包括例如氧 化钛、氧化铁、玻璃组分等。其具有良好的抗蠕变性。但是，对于大尺寸玻璃板制造来说，因 为下弯(与蠕变速率相关)与等压槽的尺寸成正比，所以随着等压槽尺寸的增大，该等压槽 的使用寿命会显著缩短。此前人们提出了使用其它的材料来减小其蠕变和/或变化。但是，对于大尺寸等 压槽来说，蠕变速率仍显过大。本专利技术描述了如何在锆石中使用烧结添加剂，以最大程度增 大材料在烧结过程中的致密化，尽可能减小使用过程中的蠕变速率。专利技术概述根据本专利技术的第一个方面，提供了一种复合材料，该复合材料主要由锆石 (ZrSiO4)和烧结添加剂组成，所述烧结添加剂选自以下第I类、第II类和第III类烧结添加剂及其组合，其用量如下所示 其中烧结添加剂的量是以氧化物计，基于组合物的总重量的重量百分比。根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述复合材料的孔隙率小于15体积％，在一些实施方式中小于10%，在某些另外的实施方式中小于8%。根据本专利技术第一方面的某些实施方式，所述复合材料的蠕变速率小于 0. 5 X 10_6 ·小时―1，在一些实施方式中小于0. 3 X 10_6 ·小时―1，在一些另外的实施方式中小 于ο. 2Xicr6 ·小时人根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述组合物材料包含TiO2作为烧结添加 剂。根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述组合物材料包含0. 0重量％ -0. 8重 量％的Y2O3作为烧结添加剂。根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述组合物材料包含Y2O3作为单独的第 III类烧结添加剂。根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述组合物材料包含TiO2作为单独的第II 类烧结添加剂，还包含Y2O3作为单独的第III类烧结添加剂。根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述复合材料包含通过烧结添加剂结合起 来的&Si04颗粒，其中所述&Si04颗粒的平均粒度至少为1 μ m,在一些实施方式中至少为 3 μ m，在一些实施方式中至少为5 μ m，在一些实施方式中至少为7 μ m，在一些实施方式中 至少为8 μ m。在一些实施方式中，所述&3104颗粒的平均粒度不大于10 μ m。在一些实施 方式中，所述&Si04颗粒的平均粒度不大于15 μ m。根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述复合材料基本上不含第I类烧结添加 剂。根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述复合材料包含熔点不高于1500°C的第 I类烧结添加剂。根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述复合材料包含熔点至少比锆石的熔点 低100°c的第I类烧结添加剂。根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述复合材料包含熔点高于1800°C的第 III类烧结添加剂。根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述复合材料包含熔点高于锆石熔点的第 III类烧结添加剂。根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述复合材料包含至少一种第II类烧结 添加剂。根据本专利技术第一方面的一些实施方式，所述复合材料包含第II类和第III类烧结 添加剂的组合。本专利技术的第二方面提供一种制造锆石复合制品的方法，该方法包括以下步骤(i)提供一种锆石粉末，该锆石粉末的平均粒度至少为1 μ m，在一些实施方式中 至少为3μπι，在一些实施方式中至少为5μπι，在一些实施方式中至少为7μπι;在一些实施 方式中至少为8μ ;(ii)提供选自第I类、第II类和第III类的烧结添加剂或者烧结添加剂的前体以 及它们的组合，其用量如下所示 (iii)将所述锆石粉末与烧结添加剂或其前体混合起来，制得混合物，在此混合物 中，烧结添加剂基本均勻分布；(iv)对所述混合物进行压制，制备预成形件；(ν)在升高的温度下对预成形件进行烧结，以制得烧结的制品。根据本专利技术第二方面的一些实施方式，在步骤(ii)中，所述烧结添加剂或其前体 以液态溶液、液态分散体或其混合物的形式提供。根据本专利技术第二方面的一些实施方式，在步骤(iv))中，压制步骤包括等压压制。根据本专利技术第二方面的一些实施方式，在步骤(i)中，所述锆石颗粒的平均粒度 不大于15 μ m。根据本专利技术第二方面的一些实施方式，在步骤(V)中，所述升高的温度约为 1400-1800°C，在一些实施方式中为 1500-1600°C。根据本专利技术的第三个方面，提供了一种能够在约高于1000°C、在一些实施方式中 约高于1100°c、在一些实施方式中约高于1200°C、在一些实施方式中约高于1300°C、在一 些实施方式中约高于1400°c、在一些实施方式中约高于1500°c的升高的温度下操作的耐 火体，所述耐火体由上文中本专利技术第一方面简述的复合材料组成，将在下文中对其进行详 细描述。在本专利技术第三方面的一些实施方式中，所述耐火体是用来在熔融拉制法中形成玻 璃板的等压槽。本专利技术的一个或多个实施方式具有以下优点中的一个或多个通过加入第II类 和第III类烧结添加剂，制得的复合材料在高温下具有低的蠕变速率和良好的强度，在烧 制过程中具有很低的收缩率。因此，这种材料特别适合用来制造在升高的温度下操作的大 型耐火体，例如在熔融拉制技术中用于制造高精度玻璃板的等压槽。在以下的详细描述中提出了本专利技术的其它特征和优点，其中的部分特征和优点对 本领域的技术人员而言根据所述内容容易理解，或通过按照书面描述和其权利要求书以及 附图中所述实施本专利技术而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是本专利技术的示例，用来为理解 本专利技术的性质和特性而提供总体评述或框架。包括的附图提供了对本专利技术的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说 明书的一部分。附图简要说明附图中附图说明图1是根据本专利技术的一些实施方式，用来制备复合材料的锆石粉末的锆石粒度分 布图。 图2A是根据本专利技术一个实施方式的复合材料的SEM照片，该复合材料中包含TiO2 作为烧结添加剂，但是不含作为烧结添加剂的Fe203。图2B是本专利技术另一个实施方式的另一种复合材料的SEM照片，该复合材料中同时 包含TiO2和Fe2O3作为烧结添加剂。图3A是根据本专利技术一个实施方式的复合材料的SEM照片，该复合材料中包含TiO2 作为烧结添加剂，但是不含作为烧结添加剂的y203。图3B是本专利技术另一个实施方式的另一种复合材料的SEM照片，该复合材料中同时 包含TiO2和Y2O3作为烧结添加剂。专利技术详述除非另有说明，本说明书和权利要求书所用的所有数值，例如成分的重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料，其主要由锆石（ＺｒＳｉＯ↓［４］）以及烧结添加剂组成，所述烧结添加剂选自第Ⅰ类、第Ⅱ类和第Ⅲ类烧结添加剂以及它们的组合，其含量如下所示：＊＊＊其中烧结添加剂的量是以氧化物计，基于组合物的总重量的重量百分比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-10-26 61/000,484;US 2008-8-28 61/190,376一种复合材料，其主要由锆石(ZrSiO4)以及烧结添加剂组成，所述烧结添加剂选自第I类、第II类和第III类烧结添加剂以及它们的组合，其含量如下所示 第I类 0.0重量 ％-0.1重量％ 选自Fe2O3，SnO2，氧化物玻璃，以及它们的混 合物和组合 第II类 0.1重量 ％-0.8重量％ 选自TiO2，SiO2，VO2，CoO，NiO，NbO，以及它 们的混合物和组合 第III类 0.0重量 ％-0.8重量％ 选自Y2O3，ZrO2，CaO，MgO，Cr2O3，Al2O3，以 及它们的混合物和组合其中烧结添加剂的量是以氧化物计，基于组合物的总重量的重量百分比。2.如权利要求1所述的复合材料，其总孔隙率小于15体积％，在一些实施方式中小于 10体积％，在一些其它实施方式中小于8体积％。3.如权利要求1或2所述的复合材料，其蠕变速率小于0.5 X ΙΟ6 ·小时―1。4.如以上权利要求中任一项所述的复合材料，其蠕变速率小于0.3 X ΙΟ6 ·小时人5.如以上权利要求中任一项所述的复合材料，其包含TiO2作为烧结添加剂。6.如以上权利要求中任一项所述的复合材料，其包含0.0重量％ -0. 8重量％的Y203。7.如以上权利要求中任一项所述的复合材料，其包含Y2O3作为唯一的第III类烧结添 加剂。8.如以上权利要求中任一项所述的复合材料，其包含TiO2作为唯一的第II类烧结添 力口剂，并且包含Y2O3作为唯一的第III类烧结添加剂。9.如以上权利要求中任一项所述的复合材料，所述复合材料包含通过烧结添加剂结合 起来的&Si04颗粒，其中所述&Si04颗粒的平均粒度至少为1 μ m,在一些实施方式中至少 为3 μ m，在一些实施方式中至少为5 μ m,在一些实施方式中至少为7 μ m,在一些实施方式 中至少为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁燕霞，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]