CN102256913A - 陶瓷物品以及用于制造它们的方法 - Google Patents

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Abstract

在此披露了一种用于生产陶瓷颗粒(例如支撑物)的方法，这些颗粒具有至少10％的总孔隙率。该方法包括形成一种颗粒前体，该前体包括5％至30％的一种第一陶瓷材料以及至少40％的一种第二陶瓷材料。该第一陶瓷材料的烧结温度可以低于一种第二陶瓷材料的烧结温度。将该前体加热到高于该第一陶瓷材料的烧结温度并且低于该第二材料的烧结温度的最高温度。在此还披露了一种陶瓷物品，该物品具有化学性以及氧化铝晶相的一种特殊的组合。

Description

陶瓷物品以及用于制造它们的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年12月31日提交的美国临时申请号61/141,890的权益。
背景技术
生产出多种陶瓷颗粒以用于广泛多样的工业应用中。这些应用中的一些包括使用多种陶瓷颗粒：作为一种支撑物来协助从已经钻入到地质结构中的井去除液体和/或气体；作为介质用于冲刷、研磨或抛光；作为一种化学反应器中的床支持介质；作为一种传热介质；作为一种过滤介质；以及当施加到沥青屋面板中时作为盖屋顶的料粒。
披露了陶瓷颗粒以及制造它们的方法的专利的实例包括US4,632,876、US 7,036,591以及CA 1,217,319。
发明内容
概述
本发明的实施方案提供了生产陶瓷颗粒的方法，这些陶瓷颗粒贯穿该颗粒制造过程中建立并且维持了孔隙率。这些实施方案的方法提供了对使用显著大量的在制造过程中必须从颗粒中移除的孔形成材料的方法的一种替代方案。本发明的其他实施方案提供了具有一种特殊的化学性以及晶相的陶瓷物品。
在一个实施方案中，本发明是用于制造陶瓷颗粒的一种方法，该方法可以包括以下步骤：形成一种颗粒前体，该前体包括大于5％重量但小于30％重量的一种第一陶瓷材料以及至少40％重量的一种第二陶瓷材料。这些陶瓷材料被基本上均匀地分布于该前体内。将该前体加热到大于该第一陶瓷材料的烧结温度并且低于该第二陶瓷材料的烧结温度的最高温度。该陶瓷颗粒具有至少10％总孔隙率。
在另一个实施方案中，本发明是一种陶瓷物品，该物品包括一种包含Al2O3以及SiO2的化学组合物，其中如通过XRF分析所确定的Al2O3与Al2O3、和SiO2的重量百分比的比率是小于0.72；并且如使用内标物通过XRD分析所确定的至少5％重量的该物品是氧化铝晶相的。
附图说明
图1是根据一个实施方案的过程流程图；并且
图2的一个膨胀测量曲线。
具体实施方式
详细说明
如在此所使用的，短语“粉碎耐受性”是指该颗粒的抵抗粉碎的能力。粉碎耐受性通常被用来表示支撑物的强度并且可以使用ISO13503-2：2006(E)确定。一种强支持物在相同的闭合应力下产生了比弱的支撑物更低的重量百分比粉碎耐受性。例如，具有2重量百分比的粉碎耐受性的支撑物被认为是一种强支持物并且比具有10重量百分比的粉碎耐受性的弱支撑物是优选的。
如在此所使用的，短语“陶瓷颗粒的总孔隙率”是指颗粒的开放孔隙率和封闭的孔隙率的总和。陶瓷颗粒的总孔隙率、封闭的孔隙率以及开放的孔隙率可以如以下将描述的确定。
如在此所使用的，短语“氧化铝晶相”包括任何晶相，这些晶相包含铝和氧原子的有序阵列，并且具体地包括通常被鉴定为例如α-氧化铝、θ-氧化铝、δ-氧化铝、γ-氧化铝、Φ-氧化铝以及κ-氧化铝的晶相。在此还可以使用氧化铝晶相中的一些通用名称。例如，α氧化铝在此还可以被称为刚玉。
如在此所使用的提及一种陶瓷物品的化学物含量是指所测量的化学物的重量百分比组分。
用于制造陶瓷颗粒的方法已经被设计并且使用了许多年用以制造大量的陶瓷颗粒(例如支撑物)。因为支撑物被用于在不同深度下的广泛多样的地质结构中，并且暴露于极端温度和压力下，这些支撑物的物理特征可能需要进行定制以在一个具体环境中优化该支撑物的性能。可能影响支撑物的性能的特性中的一些包括：比重、孔隙率、粉碎强度以及电导率。改变一种物理特性可能以一种不希望的方式内在地改变其他特性中的一个或多个。结果是，已经作出了大量的努力来开发多种方法，这些方法改变了在一个应用中是重要的特性而同时将对颗粒的其他特性的不希望的改变最小化。此外，支撑物制造商已经试图通过在不危害支撑物的性能下消除材料和/或工艺步骤来降低制造支撑物的成本。
关于生产一种具有所希望的比重的支撑物，一些方法依赖于使用孔形成材料从而在该支撑物内产生多个孔。两种通常类型的成孔物被称为暂时的亦或原位的。暂时性成孔物可以通过热或化学过程从支撑物中移除，这导致产生大约等于被移除材料的体积的一个或多个孔。暂时性成孔物的例子包括坚果外壳、合成的有机材料、锯屑、以及谷物废物。相比之下，“原位”成孔物典型地在加热时膨胀并且产生了一个孔，该孔显著地大于在加热之前被成孔物所占有的体积。原位成孔物的一个例子是碳化硅。由这些成孔物所产生的孔可以是开放的孔和/或封闭的孔。
使用成孔物的一个问题是它们增加了生产成本，因为必须购买成孔物，必须与用来制造支撑物的其他成分进行混合并且然后必须使用能量和/或物质来移除该成孔物。在一些方法中，移除孔形成材料导致了产生固体或气态的副产物，这些副产物可能引起必须被解决的环境问题并且增加了制造过程的成本。此外，使用成孔物可能在该支撑物制造过程中产生变化性，因为用于结合并且移除该孔形成物质的步骤可以包括在混合过程、加热温度、等方面的轻微的差异。尽管温度改变(在该温度下支撑物被加热)可能显得较小，但是温度的改变可能引起由原位成孔物所产生的气体体积的显著的改变，这与在稍微更低的温度下产生的情况相比将导致更大的孔。
本发明的实施方案通过选择材料以及使支撑物制造商能够生产一种颗粒前体的处理步骤来着手解决上述问题中的一些，该颗粒前体具有结合到该颗粒前体中的大致所希望的孔隙率，并且该孔隙率被保持在该支撑物中。不要求成孔物来产生孔隙率。
图1中示出了一个实施方案的过程流程图，它包括以下步骤：步骤20包括提供一种混合物，该混合物包括一种第一陶瓷材料以及一种第二陶瓷材料，其中该第一陶瓷材料的烧结温度是低于该第二陶瓷材料的烧结温度。任选地，该混合物可以包括其他物质例如粘结剂类以及溶剂类。适合的溶剂类包括水以及一些醇类。一种粘结剂可以是一种或多种选自以下物质的材料：有机淀粉，例如钻探淀粉(drilling starch)，连同为了此种目的商业出售的胶质或树脂。一种粘结剂还可以是一种无机材料，例如粘土或一种酸。粘结剂通常能以小于该混合物的10％重量的量值加入并且可以干法加入或作为一种溶液加入。尽管粘结剂可以对陶瓷颗粒中一定程度的孔隙率负责，但是这些粘结剂并不被认为是在此所述的成孔物。可以将混合物的组成限制到小于选自以下清单的一种或多种成孔物的0.1％重量，该清单由以下各项组成：暂时性成孔物、原位成孔物、以及它们的组合。可以将暂时性成孔物限制到小于该混合物的0.05％重量。可以将原位成孔物限制到小于该混合物的0.01％重量。在一个实施方案中，该混合物将不包括任何成孔物。
步骤22包括形成一种颗粒前体，该前体在此被定义为一种颗粒，其中该第一和第二陶瓷材料被基本上均匀地分布在其中，并且溶剂(例如水)已经被移除这样在110℃至130℃之间加热两小时之后前体的干燥失重(LOD)是小于前体起始重量的1％。该前体可以或不可以包含任选的成分，例如一种粘结剂。该前体可以包括5％重量至30％重量的该第一陶瓷材料以及至少40％重量的该第二陶瓷材料。在一些实施方案中，该前体可以包括10％重量至20％重量的该第一陶瓷材料。
在步骤24中，将该前体加热到高于该第一陶瓷材料的烧结温度并且低于该第二陶瓷材料的烧结温度的一个最高温度。在一些实施方案中，可以将该前体加热到一个最高温度，该温度高于该第一陶瓷材料的熔化温度，该第一陶瓷材料的熔化温度是高于该第一陶瓷材料的烧结温度。在该加热步骤过程中，如果该温度超过了该第一陶瓷材料的熔化温度，该第一陶瓷材料可以从固体物质转变成为一种可流动的物质并且可能流过该第二陶瓷材料。在步骤26中，将该颗粒前体冷却到环境温度由此形成一种陶瓷颗粒。
关于步骤20，该第一和第二陶瓷材料两者都能够以粉末形式来提供，这些粉末包括多个料粒。在具体的实施方案中，这些料粒可以是范围从1至10微米，更确切地地是从6至8微米。该第一和第二陶瓷材料可以被选择为该第一陶瓷材料的烧结温度是低于该第一陶瓷材料的熔化温度并且两者都低于该第二陶瓷材料的烧结温度。尽管该第一陶瓷材料的熔化温度与该第二陶瓷材料的烧结温度之间的精确差异可能不是关键性的，但是在具体实施方案中50℃的差异可以是可操作的。
例如，适合的第一陶瓷材料可以是选自下组，该组由以下各项组成：具有熔化温度为约1100℃的长石和霞石正长岩，以及它们的组合。适合的第二陶瓷材料可以是选自下组，该组由以下各项组成：具有烧结温度为约1450℃的粘土、镁、氧化铝以及铝土矿，以及它们的组合。
关于步骤22，形成颗粒前体可以通过使用机器(例如，可以从美国伊利诺伊州Gourney的Eirich Machines公司American Process Systems可得的一台Eirich RO2混合器)来处理混合物而实现，由此将至少一部分的混合物形成大量的小料粒，这些小料粒可以被称为生坯。如果这些料粒包含任选的成分，例如溶剂以及粘结剂，可以通过在烘箱中将这些料粒干燥到足够高的温度(例如200℃或更高)以将这些任选的成分从这些颗粒中驱出去而移除这些任选的成分。如果希望的话，这些颗粒前体可以通过包括No.8ASTM筛目标号(具有2.36mm的孔)以及No.70ASTM筛目标号(具有212μm的筛孔)的一个筛分装置进行处理。对于在步骤24中所选择的用于加热的前体可以流动穿过该No.8筛并且不能流动穿过该No.70筛。
在步骤24中，将该前体加热到一个最高温度，该最高温度是大于该第一陶瓷材料的烧结温度，并且可能高于该第一陶瓷材料的熔化温度，并且低于该第二陶瓷材料的烧结温度。结果是，该加热步骤的最高温度是低于该第二陶瓷材料的烧结温度的。在具体实施方案中，该加热步骤的最高温度比该第二陶瓷材料的烧结温度低至少25℃。如在此所使用的，陶瓷材料的熔化温度是该陶瓷材料开始软化并且变得可流动的温度。在低于该第二陶瓷材料的烧结温度的一个温度下的该第一陶瓷材料的可流动性可以允许该第一陶瓷材料至少部分地流动到该第二陶瓷材料上。在加热步骤过程中该第一和第二陶瓷材料之间的接触可以允许在该第一陶瓷和第二陶瓷的料粒之间产生粘结。
一种陶瓷材料的烧结温度可以通过产生膨胀测量数据的一个曲线并且识别对应于该曲线的中点的温度来确定。例如，图2中示出了一个示例性的膨胀测量曲线的图，其中线性改变的百分比(PLC)相对于可以用来形成支撑物的一种假定的陶瓷材料的温度来绘图。线性改变的百分比可以使用膨胀测量法来确定。一种可商购的膨胀计是Anter型1161。烧结曲线28包括一个第一区域30，在该区域中，随着该材料的温度增加该材料的长度基本上保持未变化。通过一个第一温度34(在该温度下该材料开始收缩)以及一个第二温度36(在该温度下收缩结束)定义了该烧结曲线的第二区域32。该烧结曲线的第三区域38在温度36处开始并且代表尽管材料的温度进一步增加材料不再收缩的区域。温度34指示收缩的开始并且温度36指示收缩的终止。温度40代表材料的额定烧结温度，它可以通过鉴别在该曲线上的该材料已经达到由该曲线所披露的收缩量的50％的点并且然后确定实现50％收缩的温度来确定。收缩的总量42是通过起始线性尺寸的值44与最终线性尺寸46的值之间的差来表示的。
在步骤26中，将该第一陶瓷材料与该第二陶瓷材料的颗粒冷却到环境温度，该环境温度在此被定义为在20℃与30℃之间的任何温度，由此形成了一种结合的陶瓷颗粒。该第一和第二陶瓷材料的总重量可以占该陶瓷颗粒的至少85％重量，更优选地90％重量。在加热步骤过程中，该第一陶瓷材料可以形成一种玻璃相。这些材料以及处理条件被选择为该陶瓷颗粒的重量可以是在该前体的重量的8％之内。在一些实施方案中，该陶瓷颗粒的重量可以在该前体重量的4％重量之内，或甚至在2％重量之内。如果希望的话，可以通过一种筛选装置来处理这些陶瓷颗粒，该筛选装置包括一个消除了具有直径大于该第一筛的开口的颗粒的第一筛，以及一个消除了具有直径小于该第二筛的开口的颗粒的第二筛。适合的第一筛是具有2.36mm开口的No.8ASTM筛，并且适合的第二筛是具有212μm开口的No.70ASTM筛。用作支撑物所选择的陶瓷颗粒可以流动穿过该No.8筛并且不能流动穿过该No.70筛。
通过根据本发明的实施方案的过程而制造的陶瓷物品(例如支撑物)在加热和结合步骤过程中经历了非常小的致密化，因为没有或有非常少的成孔物被结合到该前体中并且该最高加热温度不超过该第二陶瓷材料的烧结温度。由于缺乏致密化，在形成步骤过程中被内在地结合到该前体中的孔隙率的量可以基本上保持与在形成该陶瓷颗粒之后陶瓷颗粒中孔隙率的量相同。该陶瓷颗粒的总孔隙率可以是该陶瓷颗粒的总体积的至少2％、5％、10％或甚至15％。该颗粒的封闭的孔隙率可以占总孔隙率的大于70％、75％或80％。该颗粒的开放的孔隙率可以占总孔隙率的小于20％、15％或甚至10％。中间值也是可行的，例如82％封闭孔隙率以及18％开放孔隙率；或88％封闭孔隙率以及12％开放孔隙率。
一种颗粒的总孔隙率、开放孔隙率以及封闭孔隙率可以如下确定：首先使用一台GEO比重计，它使用精细粉末来测量颗粒的表观比重(ρGEO)。这种精细粉末有效地封装了该颗粒并且不穿透该颗粒的开放的或封闭的孔。接下来，使用一台氦比重计来测量颗粒的表观比重(ρHe颗粒)，其中该氦穿透了该颗粒的开放的孔。接下来，通过研磨这些颗粒从而使磨碎的颗粒流动通过一个60目筛来确定陶瓷颗粒的真密度(ρHe粉末)，并且然后使用氦测比重术来测量磨碎的颗粒的体积。然后可以使用以下方程式来计算总孔隙率(P总)、封闭的孔隙率(P封闭的)、以及开放的孔隙率(P开放的)：
Figure BDA0000069918390000061
Figure BDA0000069918390000062
开放的孔隙率＝P开放的＝P总-P封闭的
实例
如下制造了三批次支撑物，在此指定为批次A、批次B以及批次C。批次A代表了由常规方法制造的并且在1250℃下烧结的陶瓷颗粒。批次B代表了由与批次A相同的常规方法制造的但是在1450℃下烧结的陶瓷颗粒。批次C代表了由本发明的方法的一个实施方案所制造的陶瓷颗粒。表1中示出了批次的原料、烧结温度、粉碎数据以及孔隙率数据。
表1
Figure BDA0000069918390000071
批次A是通过将5,455克的α氧化铝与108.9g的钻探淀粉相结合来制造的。将干成分安置在具有盘和转子两者都旋转的一台Eirich RO2混合器中。转子速度设定在80％的最大速度。30秒之后，将水倾倒到该混合器中直接地在转动的干成分上。使用大致30秒来分配水由此产生一种湿润的混合物。允许该湿润的混合物(它在此可以被称为“主加料”)旋转三分钟，在这个时间过程中形成了多个球体。然后将转子速度降低到最小速度同时该盘继续转动。接下来，然后将1,364g的α氧化铝(它可以被称为“撒入(dust in)”进料)缓慢地加入到旋转的球体上。缓慢地加入该粉尘加料花费大致三分钟并且可以在此被描述为“撒入”该α-氧化铝。完成了该α-氧化铝的粉尘加入之后，盘继续转动大致20秒。将形成的α-氧化铝、粘结剂以及水的球体从该混合器中移去，干燥过夜并且在1250℃下在旋转的烘干炉中烧结两小时。
批次B中的陶瓷颗粒是与批次A中的颗粒完全相同地制造的，除了该颗粒前体在1450℃下被烧结之外。
批次C中的陶瓷颗粒是对应地使用80∶20重量比率的α氧化铝和霞石正长岩作为主加料和粉尘加料两者来制造的。所有其他成分以及处理条件与用来制造批次A和B中的前体的情况是相同的。批次C中颗粒前体在1250℃被烧结，该温度是高于霞石正长岩的熔化温度并且低于该α-氧化铝的烧结温度。
在烧结之后，针对常见的粒度分布对所有批次进行筛选。粉碎耐受性、总孔隙率以及封闭的孔隙率如上所述进行确定。数据显示批次A的陶瓷颗粒具有足够的总孔隙率(17.8％)，但是在51.7MPa下的粉碎耐受性是14.4％，这对于用于商业操作可能是不希望的。批次B具有非常好的粉碎耐受性(2.2％)但是总孔隙率(1％)比所希望的10％的总孔隙率低得多。相比之下，批次C(它代表通过本发明的一种方法的一个实施方案所制造的陶瓷颗粒)具有可接受的粉碎耐受性(8.1％)以及可接受的总孔隙率(12.4％)。此外，仅批次C具有总孔隙率以及封闭的孔隙率两者都大于10％。本发明的实施方案可以具有在51.7MPa(7,500psi)下小于15％的粉碎耐受性以及大于10％的总孔隙率。
可以使用本发明的一种方法的一个实施方案来产生陶瓷物品，这些物品包括一种具有化学性与氧化铝晶相的特殊组合的支撑物颗粒。根据Al2O3和SiO2二元系统的相图，如果Al2O3与Al2O3和SiO2的总数的重量比率是大于0.72，则该物品将展示一种氧化铝晶体结构。相反，如果Al2O3与Al2O3和SiO2的总数的比率是小于0.72，则该物品将不展示氧化铝晶体结构。与本传授内容相反，本发明的陶瓷物品将具有的Al2O3与Al2O3和SiO2总数的比率是小于0.72，并且同时该物品的至少一部分具有氧化铝晶相结构。在一些实施方案中，如通过XRF分析所确定的该氧化铝晶相可以是按重量计大于5％、10％、或甚至20％，并且Al2O3与Al2O3和SiO2的总数的比率可以是小于0.65、0.55或甚至0.45.特别地关于支撑物，氧化铝晶相结构是所希望的，因为氧化铝晶相提高了支撑物的粉碎强度。这种特殊的化学和相的组合可以使用本发明的一种方法的一个实施方案来产生。此外，如以下将描绘和说明的，在形成用于制造该物品的混合物之前煅烧该第二陶瓷材料也可以与上述方法相结合使用从而产生一种在化学性和氧化铝晶相之间具有特殊关系的陶瓷物品。
为了说明将该第一陶瓷材料加入到该第二陶瓷材料中对Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率的影响，制备了两个批次(在此指定为批次D和批次E)并且将其制造成盘型物品。批次D是使用铝土矿矿石来制造的，该铝土矿矿石已经被研磨从而获得大约8μm的d50粒度。将已知量的粉碎的铝土矿矿石与一种溶剂(10％重量的水)、以及一种粘结剂(1％重量的聚乙烯醇(PVA)溶液(20％浓度))进行混合。将6.5g量值的混合物置于一个圆形的模口空腔中，该空腔经测量直径为约32mm。然后使用紧固到一个压机上的圆盘来将该混合物压入该空腔中至大约34.5MPa(5000psi)由此产生一个盘，该盘经测量直径为大约32mm。批次E使用铝土矿矿石与霞石正长岩的80∶20混合物来制造。在与10％重量的水和1％重量的PVA混合之前，分别地将该矿石和霞石正长岩两者研磨以得到大约8μm的d50粒度。使用用于制造批次D的盘相同的方法用批次E中的混合物形成一个盘。然后将所有的盘加热到1250℃持续两小时。然后使用x-射线荧光(XRF)分析装置来确定Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比例。使用X-射线衍射(XRD)分析装置(使用Si粉末作为内标物)来确定每个盘的相。下面表2中示出了批次D和E的XRF和XRD的分析结果。＜0}
表2
  批次D   批次E
  XRF1   0.771   0.658
  XRD   24％刚玉   38％刚玉
1Al2O3与Al2O3和SiO2的总数的重量百分比的比率
该数据支持了下面的结论，即包括相对于批次D添加了霞石正长岩的批次E具有Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率0.658，这低于批次D中发现的Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率0.771。同时，批次E具有38％的刚玉，这高于批次D中24％的刚玉。
在这个实施方案中为了证明影响煅烧该第二陶瓷材料对(1)物品的Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率，以及(2)氧化铝晶相的影响，制备了两个批次(在此指定为批次F和批次G)并且将其制造成盘形部件。批次F是使用铝土矿矿石来制造的，在将该矿石研磨成具有大约8μm的粒度的d50之前，该矿石已经在工业焙烧炉中在800℃至至少900℃之间被煅烧。然后将研磨过的、煅烧过的矿石与10％重量的水以及1％重量的PVA进行混合。从批次F的混合物制成的盘是使用与上述关于批次D和E相同的方法来制造的。然后将由批次D和E制成的盘加热到1250℃持续2小时。
将该矿石煅烧到温度大于800℃(这可以在此称为过煅烧)旨在增加矿石的氧化铝晶体含量并且还移除了有机化合物(如通过矿石的烧失量(LOI)的减少所指示的)。在一些实施方案中，该过煅烧的矿石的氧化铝晶体含量可以是至少5％重量、10％重量或甚至20％重量。矿石的LOI可以是小于3％重量、2％重量或甚至1％重量。与具有较高LOI的矿石相比较具有较低LOI的矿石具有较低的反应性。过煅烧的矿石的氧化铝晶体含量以及LOI可以通过控制过煅烧过程的时间以及温度来控制。
批次G是使用铝土矿矿石与霞石正长岩的80∶20混合物来制造的。在与霞石正长岩混合之前，用于批次G中的铝土矿矿石已经在工业焙烧炉中在800℃至至少900℃之间进行了煅烧。在矿石与霞石正长岩与10％重量的水和1％重量的PVA混合之前，过煅烧的矿石与霞石正长岩两者被分别地研磨以获得大约8μm的d50粒度。使用上述的压实过程，将来自批次G的6.5g量值的混合物制成盘。
将由批次F和G制成的盘加热到1250℃持续两小时。使用用于表征批次D和E的XRD和XRF分析技术来表征批次F和G。结果示于表3中。
表3
  批次F   批次G
  XRF1   0.824   0.717
  XRD   44％刚玉   49％刚玉
1Al2O3与Al2O3和SiO2的总数的重量百分比的比率
该数据支持了下面的结论，即包括相对于批次F添加了霞石正长岩的批次G具有的Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率为0.717，这低于批次F中发现的Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率0.824。同时，批次G具有49％的刚玉，这高于批次F中44％的刚玉。
为了方便起见，已经将来自表2和3的数据汇编在下面表4中。
表4
  批次D   批次E   批次F   批次G
  XRF1   0.771   0.658   0.824   0.717
  XRD(％刚玉)   24   38   44   49
1Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率
批次D和F代表以下陶瓷物品，其中Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率超过0.72并且根据Al2O3与SiO2的相图，可以预期晶相中存在氧化铝(即刚玉)。相比之下，批次E和G代表以下陶瓷物品，其中Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率是小于0.72并且可以预期晶相中不存在氧化铝。出人意料地，本发明的实施方案的陶瓷物品包括一种化学组合物(其中Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率是小于0.72)并且一种氧化铝晶相。不希望被具体的理论束缚，据信本发明的实施方案允许在未达到平衡态下(在平衡态下α氧化铝含量可能被损失)产生相对坚固的陶瓷前体。在批次G的数据中使用霞石正长岩和过煅烧的矿石的组合影响是明显的，根据XRD数据，批次G数据具有一种氧化铝晶相含量(即49％)，该含量是批次D中所发现的氧化铝晶相的量(即24％)的两倍，批次D没有结合霞石正长岩或过煅烧矿石中任何一项。
以上说明仅被视为具体实施方案。对于本领域的普通技术人员以及制造或使用本发明的人员将会想到对本发明的变更。因此，应该理解附图中示出的以及以上说明的实施方案仅仅是为了解说性目的，而且并非旨在限制本发明的范围，本发明的范围是由根据专利法的原则进行解释的以下权利要求来限定。

Claims (39)

1.一种用于生产陶瓷颗粒的方法，包括以下步骤：形成一种颗粒前体，该前体包含大于5％重量但小于30％重量的一种第一陶瓷材料以及至少40％重量的一种第二陶瓷材料，所述陶瓷材料基本上均匀地分布于所述前体内；将所述前体加热到高于所述第一陶瓷材料的烧结温度并且低于所述第二陶瓷材料的烧结温度的最高温度，其中所述陶瓷颗粒具有至少10％的总孔隙率。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一陶瓷材料具有的熔化温度低于所述第二陶瓷材料的烧结温度，并且所述加热步骤包括将所述前体加热到高于该第一陶瓷材料的熔化温度并且低于该第二陶瓷材料的烧结温度。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第二陶瓷材料的烧结温度超过所述第一陶瓷材料的熔化温度至少50℃。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述最高温度比所述第二陶瓷材料的烧结温度低至少25℃。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述颗粒前体包括在10％重量至20％重量之间的所述第一陶瓷材料。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一陶瓷材料是选自下组，该组由以下各项组成：长石以及霞石正长岩。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第二陶瓷材料是选自下组，该组由以下各项组成：铝土矿、粘土、氧化镁以及氧化铝。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷材料共同地占所述颗粒前体的至少85％重量。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷材料共同地占所述颗粒前体的至少90％重量。
10.如权利要求1所述的方法，其中该总孔隙率的至少70％的是封闭的孔隙率。
11.如权利要求10所述的方法，其中该总孔隙率的至少80％是封闭的孔隙率。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷颗粒包括大于10％的封闭的孔隙率。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述前体包括不大于0.1％重量的成孔物。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述成孔物包括一种暂时性的成孔物。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述成孔物包括一种原位成孔物。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷颗粒的重量是在所述前体的重量的8％之内。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷颗粒的重量是在所述前体的重量的4％之内。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括将该加热过的前体冷却到环境温度。
19.如权利要求1所述的方法，其中在形成所述颗粒前体之前所述第二陶瓷材料的氧化铝晶体含量超过5％重量。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述氧化铝晶体含量超过10％重量。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述氧化铝晶体含量超过20％重量。
22.如权利要求1所述的方法，其中在形成所述颗粒前体之前，所述第二陶瓷材料的LOI不超过3％重量。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述第二陶瓷材料的LOI不超过2％重量。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述第二陶瓷材料的LOI不超过1％重量。
25.一种陶瓷物品，包括：一种包含Al2O3和SiO2的化学组合物，其中如通过XRF分析所确定的，Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率是小于0.72；并且如使用内标物通过XRD分析所确定的，至少5％重量的该物品是氧化铝晶相的。
26.如权利要求25所述的陶瓷物品，进一步包括超过至少2％的总孔隙率。
27.如权利要求25所述的陶瓷物品，进一步包括超过至少5％的总孔隙率。
28.如权利要求25所述的陶瓷物品，进一步包括超过至少10％的总孔隙率。
29.如权利要求25所述的陶瓷物品，其中Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率是小于0.65。
30.如权利要求25所述的陶瓷物品，其中Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率是小于0.55。
31.如权利要求25所述的陶瓷物品，其中Al2O3与Al2O3和SiO2的重量百分比的比率是小于0.45。
32.如权利要求25所述的陶瓷物品，其中该颗粒的至少10％重量是氧化铝晶相的。
33.如权利要求25所述的陶瓷物品，其中该颗粒的至少20％重量是氧化铝晶相的。
34.如权利要求25所述的陶瓷物品，其中该颗粒的至少30％重量是氧化铝晶相的。
35.如权利要求25所述的陶瓷物品，其中该化学组合物包括该陶瓷物品的至少85％重量。
36.如权利要求35所述的陶瓷物品，其中该化学组合物包括该陶瓷物品的至少90％重量。
37.如权利要求25所述的陶瓷物品。其中所述物品具有在212μm与2.36mm之间的平均直径。
38.如权利要求37所述的陶瓷物品，其中所述物品在51.7MPa(7,500psi)下具有的粉碎耐受性为小于15％。
39.如权利要求38所述的陶瓷物品，进一步包括超过至少10％的总孔隙率。
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