CN102414146A - 涂层陶瓷部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置，包括：第一部件，所述第一部件包括由基于硅化合物的材料制成的基材(22)，由包括至少一种陶瓷氧化物的涂层材料制成的涂层(32)，在所述基材和所述涂层之间延伸的包括氧化硅的过渡层，所述过渡层具有小于10μm的厚度，以及第一收缩环和/或由顺应材料制成的层，所述顺应材料由合金所组成，所述合金包括选自于银、金和钯中的至少两种材料，所述涂层一方面限定所述第一部件和所述第一收缩环之间的界面的至少一部分、和/或在另一方面限定所述第一收缩环和所述由顺应材料制成的层之间的界面的至少一部分。

Description

涂层陶瓷部件

技术领域

本发明具体涉及选自尤其用于乙烯生产的熔炉、锅炉、过热器、蒸汽发生器、化学反应器和热交换器的一种设备。具体而言，本发明涉及用于提供或改进由陶瓷(特别是碳化硅)制成的管子和金属管子之间的端对端连接的连接装置，所述的这两种管子之间直接接触或非直接接触。

背景技术

传统上，乙烯生产是由开始于乙烷或石脑油的蒸汽裂解操作产生的。为此，图1中图示出的乙烯生产单元5通常包括熔炉10，熔炉10包括腔11，一束管子12穿过腔11且腔11由至少一个烧嘴13加热。

环形截面的管子12呈现出在50mm与250mm之间的外径和厚度在5mm与25mm之间的壁。这些管子弯曲成别针状且在所述熔炉的腔内呈若干米长。所述管子由钢、镍和铬的合金制成。

为了产生乙烯，进料部件14向管子12的上游端供应碳氢化合物和蒸汽的反应混合物M，腔11中的温度保持为大于1000℃。调节该混合物的流速，使得反应混合物M可以达到高于750℃的温度并可以发生反应以引起产生乙烯。

乙烯的产生导致焦炭沉积在管子12的内表面上，引起生产率下降。

具体地，已经发现，形成所述管子的合金中的镍催化焦炭生成。因此，研究者设想用不含镍的管子、具体而言陶瓷管子代替金属管子。陶瓷管子需要能够连接到生产设备的其他部分，尤其是能够连接到用来添加反应混合物或用来排放反应产物的金属管子。因此，为了找到适当的连接装置，尤其是能够承受由关闭熔炉导致的幅度通常大于700℃的热循环的装置，已进行了研究学习。

具体地，陶瓷管子和金属管子表现出大不相同的热膨胀系数，其通常分别为大致4·16^-6K^-1和大致18·10^-6K^-1。在目标应用中，所测试的连接导致密闭度下降，甚至导致管子分离。

例如，FR2645941描述了在金属支架和陶瓷管状元件之间的连接装置，其中一套管连接在该支架上并且以具有功能性间隙的形式环绕该陶瓷管子。由生产单元的运行产生的焦炭密封获得密闭性。然而，该功能性间隙在生产单元开始工作时导致碳氢化合物逸出。

此外，该连接在机械上并不可靠，尤其是在室温下不可靠。因此，这对于比如乙烯生产熔炉的环境而言是不适当的。

而且，利用蒸汽无法进行脱碳，但必然导致机械磨损。

最后，FR2645941中描述的连接装置仅可用在产生焦炭的设备中。

发明内容

因此，存在对新型连接装置的需要，该新型连接装置特别适合于将比如乙烯生产熔炉的环境中的陶瓷管子和金属管子连接，但不局限于此环境。

因此，本发明的目的是至少部分地响应该需求。

本发明的第一方面

根据本发明的第一方面，通过以下装置实现该目的：该装置包括与第一收缩环冷缩配合装配的第一部件，该第一收缩环本身与第二收缩环冷缩配合装配，该第二收缩环至少在20℃和1000℃之间的温度下表现出比第一收缩环的热膨胀系数低的热膨胀系数。

在室温下，所述收缩环提供了可靠的机械连接和良好的密闭性。在温度上升期间，第二收缩环比第一收缩环膨胀得少。因此，该第二收缩环在第一收缩环上施加压缩力，该压缩力防止该第一收缩环与该第一部件分离或者防止第一部件和第一收缩环之间的密闭性降低。

因此，在后续描述中可以更详细地看到，当第一部件是陶瓷管子时，可能通过将金属管子连接到第一收缩环以获得陶瓷管子和金属管子之间的连接，该连接在机械方面特别可靠。有利地，尤其对于目标应用而言，不仅在室温下，而且在通常高于700℃、高于800℃、甚至高于900℃的几百度的温度范围中，该连接可以充分密封。

根据本发明的装置还可包括以下可选择的性质中的一个或多个性质：

-第一部件由在20℃和1000℃之间表现出小于10·10^-6K^-1、小于8·10^-6K^-1、小于6·10^-6K^-1或者甚至小于5·10^-6K^-1的热膨胀系数的材料制成。

-该第一部件由表现出大于150GPa的弹性模量(MOE)的材料制成。

-该第一部件由能够承受达1400℃、甚至1500℃的温度的陶瓷、碳化物、氮化物或氧化物材料形成。

该第一部件包括陶瓷或玻璃陶瓷材料。该材料可以具体地选自碳化硅、氧化铝、多铝红柱石、氮化硅、氧化锆、堇青石、钛酸铝和它们的混合物。

-按重量计，该第一部件的材料中的碳化硅的量大于80％、优选地大于90％。优选地，所述材料由碳化硅组成。碳化硅表现出在目标应用中具有特定用途的性质。具体地，碳化硅使得可能限制焦炭的形成并表现出高热导率，使得热穿过所述管子从熔炉有效地传递到反应混合物。因此，获得的能量效率比利用相应的金属管子获得能量效率佳。最后，其最大工作温度大于2000℃的碳化硅即使在很高的温度下也保持其机械属性。有利地，因此有可能增加熔炉内的温度且同时提高反应物的混合物穿过所述管子的流速。因此，可以大大提高熔炉的生产能力。

-第一部件的材料表现出小于5％、优选地小于2％、甚至小于1％的总孔隙度。有利地，由此降低了第一部件的透气性。

-该第一收缩环包括金属。优选地，所述第一收缩环由一种或多种金属组成。在一个实施方式中，其包括含铁金属。

-第一收缩环由在20℃和1000℃之间表现出小于25·10^-6K^-1或小于20·10^-6K^-1和/或大于10·10^-6K^-1或大于15·10^-6K^-1的热膨胀系数的材料制成。

-所述第一收缩环由表现出大于1200℃的熔点的材料制成。有利地，因此，所述第一收缩环可以被加热到很高的温度，以安装在所述第一部件上和/或使所述第一收缩环耐用。

-第一收缩环的材料选自钴基合金(比如钨铬钴合金)、奥氏体钢、铁素体钢或钛基合金。在一个实施方式中，第一收缩环不包括铜和/或不包括锡。

-第一收缩环仅由一种材料组成。

-该第一收缩环表现为套圈或套筒的形状，未阻止其径向热膨胀。具体地，该第一收缩环不插入到会阻止其向外径向膨胀的部分中。由此简化了第一收缩环的安装。

-在20℃和1000℃之间的温度下，所测量的第一收缩环的材料的热膨胀系数和所述第一部件的材料的热膨胀系数的比率大于2.5、大于3或大于4和/或小于6或者甚至小于5。

-该第二收缩环由在20℃和1000℃之间表现出小于15·10^-6K^-1、甚至小于10·10^-6K^-1和/或大于4·10^-6K^-1、甚至大于6·10^-6K^-1的热膨胀系数的材料制成。该第二收缩环的材料能够具体地在20℃和1000℃之间表现出8·10^-6K^-1的热膨胀系数。

-该第二收缩环由表现出大于1200℃的熔点的材料制成。有利地，因此，第二收缩环可以被加热到很高的温度以安装在第一收缩环上，这使得可能获得特别紧密的连接。

-在20℃和1000℃之间，该第一收缩环的材料的热膨胀系数和该第二收缩环的材料的热膨胀系数的比率大于1.2、大于1.5或大于1.8和/或小于3.5、小于3或者甚至小于2.5。

-第二收缩环由在20℃下表现出小于110GPa、优选地小于100GPa的弹性模量(杨氏模量)的材料制成。第二收缩环的材料可以具体地在20℃下表现出90GPa的弹性模量(杨氏模量)。

-第二收缩环的材料表现出铌和/或镍铁合金P1的按重量计的含量大于80％、优选地大于85％和/或小于95％、优选地小于93％。有利地，铌的存在使得可能获得一膨胀行为，当所述装置用于生产乙烯时，该膨胀行为特别适合。当根据本发明的装置在使用中不承受高于600℃的温度时，有利地，可以使用镍铁合金P1。在这些温度条件下，优选地，铌可以完全由镍铁合金P1代替。铌和/或镍铁合金P1的含量的改变还使得可能将热膨胀系数精确地调整至目标应用。

-第二收缩环的材料表现出金属形式的铪按重量计的含量大于5％、优选地大于8％和/或小于15％、优选地小于12％。有利地，铪的存在提高了高温机械强度。

-第二收缩环的材料表现出以金属形式的钛按重量计的含量大于0.5％、优选地大于0.8％和/或小于1.5％、优选地小于1.2％。有利地，钛的存在改进了延展性和抗氧化性。

-该第二收缩环的材料由铌和/或镍铁合金P1、铪和钛、作为杂质的剩余物组成，总共为100％，杂质按重量百分比计小于2％、优选地小于1％。

-该第二收缩环仅由一种材料组成。

-该第二收缩环表现为套圈或套筒的形状，未阻止其径向热膨胀。具体地，该第二收缩环不插入到会阻止其向外径向膨胀的部分中。由此简化了第二收缩环的安装。

-该第一收缩环和/或该第二收缩环在大于40mm和/或小于150mm的长度上延伸。

-第一收缩环表现出大于1mm、优选地大于3mm、更优选地大于3.5mm和/或小于5mm的厚度(优选为基本上等厚的厚度)和/或第二收缩环表现出大于3mm、优选地大于5mm、优选地大于8mm和/或小于15mm、优选地小于13mm的厚度(优选为基本上等厚的厚度)。已证实，这些长度和厚度对于确保连接的良好密封性而言是最佳的。

-第二部件连接至第一收缩环。

-该第二部件由在20℃和1000℃之间表现出小于25·10^-6K^-1或小于20·10^-6K^-1和/或大于10·10^-6K^-1或大于15·10^-6K^-1的热膨胀系数的材料制成。根据本发明的装置尤其特别适用于将表现出不同的热膨胀系数的第一部件和第二部件连接。

-该第二部件的材料为金属。具体地，该材料可以选自钴基合金(比如钨铬钴合金)、奥氏体钢、铁素体钢、甚至亚铁钢或钛基合金。

-该第二部件由表现出与第一收缩环的热膨胀系数和/或化学组成基本上相同的热膨胀系数和/或化学组成的材料制成。

-该第二部件可以被焊接或铜焊到该第一收缩环上。有利地，利用焊接或铜焊使可靠连接成为可能，即使是在高温下。这特别适合于当第二部件的材料和第一收缩环的材料在组成上相似、甚至相同时。

-第一收缩环和/或第二收缩环的孔是具有环形截面的圆柱体。换言之，外表上，所述第一部件表现为环形圆柱体部分，该第一收缩环安装到该环形圆柱体部分上，和/或该第一收缩环在外表上表现为环形圆柱体部分，该第二收缩环安装到该环形圆柱体部分上。该第一收缩环和该第二收缩环可以具体地表现为大体环形形状。

-第一部件和/或第二部件的内部是实心的、空心的或部分实心的。空心内部体积可以为任何形状。

-任选地，该第一部件和/或第二部件选自管子和实心棒。

-管子和/或棒表现为大于1m、优选地大于3m的长度。

-在所述连接装置的上游和/或下游的所述管子或所述棒的最大横向外部尺寸(即，在环形截面情况下的外径)大于10mm、优选地大于20mm、大于30mm或大于40mm和/或小于150mm、小于100mm或小于75mm。

-在上游或下游和/或所述连接装置中，在所述管子的横向截面中，内表面的轮廓在形状上与所述管子的外表面的轮廓相同或不同。例如，内表面可以表现为有凹痕、凸起或者是多边形的，例如正方形，该外表面可以是圆形。

-在第一收缩环的横向截面中，第一收缩环的内表面的轮廓在形状上与其外表面的轮廓相同或不同。

-第三部件连接到在所述第二部件。

-所述装置不包括螺钉和螺栓。这是因为在焦炭的硬壳对螺钉和螺栓的螺纹的作用下，这些部件易于破裂。

-第一部件是陶瓷管子或实心陶瓷棒，和/或任选地，该第二部件是金属管子或实心金属棒。

-在一个实施方式中，所述第一部件和所述第二部件是轴向对齐的第一管子和第二管子。优选地，它们端对端地安装，优选地彼此不接触。

-在一个实施方式中，所述第一收缩环从所述第一部件凸出，即，在第一部件是管子或棒的情况下，该第一收缩环超出其安装到的所述第一部件的轴端处而延伸，该第二收缩环未从所述第一部件凸出，甚至齐平地安装到所述第一部件。

-在一个实施方式中，所述第一管子和所述第二管子表现出相同的内径。

-优选地，所述第一管子和所述第二管子在轴向上彼此距离小于5mm、小于3mm或小于1mm。

-所述第一部件和/或所述第二部件是这样的管子：所述管子优选地在超出所述第一收缩环的在所述横向平面中延伸的轴端大于10cm、大于50cm、甚至大于1m的长度(沿着所述管子的轴)上延伸。

-所述第一部件是优选地沿着基本上竖直的轴延伸的陶瓷管子，所述第二部件是金属管子。所述陶瓷管子具体地表现出大于1米、大于5米、甚至大于8米的长度。所述金属管子具体地表现出直线轴和在陶瓷管子的同轴延伸的位置。在替代形式中，所述金属管子可以有角度，甚至为U形。在一个实施方式中，U的两个分支都是利用根据本发明的连接装置连接到陶瓷管子。

所述第一部件和所述第二部件可以具有任何结构。然而，在连接装置处，所述第二部件的尺寸必须允许其连接在所述第一收缩环上，所述第一收缩环本身连接到所述第一部件的外部。

在一个实施方式中，其中所述第一部件和所述第二部件为在整个长度上包括连接装置处表现出基本上相等的外径和厚度的管子，因此，该要求导致所述第二部件和所述第一部件之间的过渡处的通路截面减小。

优选地，这是为何所述第一部件和所述第二部件是这样的管子(或棒)：所述管子(或棒)在它们的整个长度上表现出相同的外径，就第二部件而言，除了连接装置处以外。在该实施方式中，比如图3中示出的实施方式，因此所述第二部件是表现出扩宽的轴端(例如圆筒形裙座的形式)的管子，调整该圆筒形裙座的尺寸以使其能够用于连接到所述第一收缩环。

扩宽的轴端可以与管子的其它部分一体化。然而，实际准备表示出这样的结构的第二部件是有问题的。因此，在一个实施方式中，所述扩宽的轴端以接合部件的形式连接到传统管子(其整个长度上具有相同的直径)。例如，表现出比这样的管子的内径大的内径的裙座可以被铜焊到所述管子的一个端部。

有利地，因此，无论所考虑的轴向位置是位于何处(上游、下游或连接装置中)，通路截面可以保持恒定。

当第二部件是实心棒时，使用所述接合部件是特别有效的。

以上性质和下面描述的本发明的其他方面的特性可以有利地合并在同一装置中以获得最佳连接，然而在某些情况下，在不同的装置中，可以将由这些性质产生的优势与其他优势分开地利用。

本发明还涉及一种用于使由表现出第一热膨胀系数的材料制成的第一部件和由表现出比第一热膨胀系数大的膨胀系数的材料制成的第二部件连接的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将第一收缩环冷缩配合到所述第一部件上；

2)将第二收缩环冷缩配合到所述第一收缩环上，所述第二收缩环由表现出比所述第一收缩环的热膨胀系数低的热膨胀系数的材料制成；

3)独立于步骤1)和步骤2)，优选地在步骤2)之后，将所述第二部件连接到所述第一收缩环。

优选地，选择第一部件、第二部件、第一收缩环和第二收缩环以便在步骤3)后获得根据本发明的任一方面的根据本发明的连接装置。

本发明还进一步涉及一种用于使收缩环适合于表现出特定的温度变化的环境的方法，例如，幅度大于200℃、大于400℃、大于700℃、甚至大于900℃，所述方法在于改变所述收缩环的组成，具体地改变铌和/或镍铁合金P1的含量。

所述收缩环可以具体地表现出根据本发明的所述方面的任一个方面的第二收缩环的可选的一个或多个性质。所述收缩环的材料可以具体地表现出铌和/或镍铁合金P1的按重量计的含量大于80％、优选地大于85％和/或小于95％、优选地小于93％。

本发明的第二方面

将第一收缩环安装到第一部件通常在于使被加热到高温的第一收缩环与第一部件的相应圆柱体部分轴向对准且接着相对于所述第一部件轴向移动所述第一收缩环以使所述第一收缩环冷缩配合到所述第一部件上。

所述第一部件和所述第一收缩环的轴向对准必须充分精确，所述第一部件和所述第一收缩环必须是具有最小的可能公差的给定尺寸。

该第一收缩环和该第一部件在安装期间的物理靠近可能导致出现热冲击。具体地，小间隙可能导致快速热传递，尤其是在第一收缩环和第一部件发生接触的情况下，且尤其是当第一部件表现出高热导率时，例如因为其由碳化硅制成。

这些热传递可以破坏所述第一部件。而且，热传递可以导致第一部件膨胀和第一收缩环收缩，导致第一收缩环在能够达到所需的确切位置之前被卡住。

因此，存在对这样的冷缩配合方法的需要：该方法使得能够至少部分地解决该问题。

本发明的一个目的是至少部分地满足该需求。

根据本发明的第二方面，通过利用由表现出比第一部件的材料的热导率低的热导率的材料制成的涂层涂覆第一部件和/或第一收缩环来实现该目的。

因此，该涂层限制了第一部件和第一收缩环之间的热交换，且因此降低了热冲击和卡在中间位置的风险，尤其是在安装期间发生接触的情况下。

优选地，所述涂层材料表现出小于10W·m·℃的热导率，优选地，第一部件的材料的热导率和涂层材料的热导率的比率大于10。

该涂层材料优选地是耐火材料。具体地，所述涂层材料可以选自氧化锆、掺杂氧化锆、堇青石、氧化铝、多铝红柱石、钛酸铝、氧化钇、氧化镁、氧化铪或这些材料的混合物。已证实包括按重量计大于80％的氧化锆的涂层特别有效。

涂层材料还可能由金属制成。

所述第一部件和/或所述收缩环可以是或者可以不是根据本发明的一个或多个其他方面的连接装置的第一部件和/或第一收缩环。

本发明的第三、第四和第五方面

发明人已发现，当将第一收缩环安装到第一部件上时，材料可以从所述第一收缩环朝着所述第一部件迁移。具体地，发明人已发现，第一收缩环的镍可以朝着所述第一部件的碳化硅迁移，导致第一部件中有应力区域，这可以导致温度变化期间发生破裂。

因此，需要一种包括被安装在第一部件上的第一收缩环并表现出改进的机械强度的装置。

而且，当第一部件由基于硅化合物的材料制成时(即，按重量计包括大于50％的所述硅化合物)，尤其是当所述第一部件由碳化硅制成时，可能难以将由陶瓷氧化物制成的涂层粘附到所述第一部件的表面上。

当所述第一部件的材料表现出小于5％的总孔隙度时，该粘附尤其困难。

因此，需要一种通过包括至少一种陶瓷氧化物的涂层来涂覆基于硅化合物的基材的方法，该方法使得可能以可靠且持久方式粘附所述涂层。

本发明的目的是提供一种至少部分地解决上述问题的技术方法。

根据本发明的第三方面，通过利用包括至少一种陶瓷氧化物的涂层涂覆到基于硅化合物的基材上的方法来实现所述目的，所述方法包括以下连续步骤：

a1)优选地在室温下，将包括所述至少一种陶瓷氧化物、优选地由所述至少一种陶瓷氧化物组成的颗粒涂到所述基材上；

b1)在适于引起所述至少一种陶瓷氧化物与所述基材中的硅发生反应的条件下，对所述基材进行热处理，以便形成由所述至少一种陶瓷氧化物制成的涂层和在所述基材和所述涂层之间的过渡处的包括二氧化硅的过渡层；

c1)选择性地，将顺应材料的层涂在所述涂层的外表面处，所述顺应材料符合下文描述的本发明的第十一方面；

d1)选择性地，安装所述第一收缩环，使得所述第一收缩环至少部分地、优选地完全地覆盖所述涂层。

选择性地，根据本发明的第四方面，通过利用包括至少一种陶瓷氧化物的涂层涂覆基于硅化合物的基材的方法来实现所述目的，所述方法包括以下连续步骤：

a2)在氧化气氛下，至少在所述基材的表面氧化所述硅化合物，例如通过热处理，以在所述表面上形成二氧化硅，

b2)优选地在室温下，将包括所述至少一种陶瓷氧化物、优选地由所述至少一种陶瓷氧化物组成的颗粒涂覆到所述基材上，

c2)在适于引起所述至少一种陶瓷氧化物与所述二氧化硅发生反应的条件下，对所述基材进行热处理，以便形成由所述至少一种陶瓷氧化物制成的涂层和在所述基材和所述涂层之间的过渡处的包括二氧化硅的过渡层；

d2)选择性地，将顺应材料的层涂在所述涂层的外表面上，所述顺应材料符合以下描述的本发明的第十一方面；

e2)选择性地，安装第一收缩环，使得所述第一收缩环至少部分地、优选地完全地覆盖所述涂层。

还选择性地，根据本发明的第五方面，通过利用包括至少一种陶瓷氧化物的涂层涂覆基材、尤其是基于硅化合物(例如，基于SiC、氮化硅Si₃N₄或SiAlON)的基材的方法来实现该目的，所述方法包括以下连续步骤：

a3)将硅层沉积在基材表面上，优选地通过等离子喷涂进行沉积；

b3)将包括所述至少一种陶瓷氧化物的颗粒、优选地由所述至少一种氧化物组成的颗粒涂到所述硅层上，优选地在室温下进行；

c3)选择性地，对所述基材进行热处理以引起所述至少一种陶瓷氧化物与该基材的硅进行反应，以便形成由所述至少一种陶瓷氧化物制成的涂层和在所述基材和所述涂层之间的过渡处的包括二氧化硅的过渡层；

d3)选择性地，将顺应材料的层涂在所述涂层的外表面上，所述顺应材料符合以下描述的本发明的第十一方面；

e3)选择性地，安装第一收缩环，使得所述第一收缩环至少部分地、优选地完全地覆盖所述涂层。

可以按照步骤b1)那样执行步骤c3)。然而，在该方法中，如果在步骤b3)中通过热喷涂进行涂覆颗粒，则有利地不需要热处理。由此有利地简化该方法。

无论根据本发明的用于涂覆基于硅化合物的基材的方法如何，涂层和基材的硅化合物的性质不是限制性的。具体地，所述涂层和/或所述基材可以包括本发明的第六方面中限定的涂层和基材的一个或多个性质。

以上方法还可表现出以下选择性性质的一个或多个：

-所述硅化合物是非氧化物化合物。这是因为这些方法特别适合于该类型的硅化合物。

-在步骤a1)或b2)中，所述至少一种陶瓷氧化物的颗粒通过喷涂、刷涂或浸渍涂覆。为此，制备浆体并将该浆体涂到该基材上。优选地，所述浆体不包括二氧化硅，且优选地不包括硅化合物。

-在步骤b1)或c2)或c3)中，，使该基材承受1000℃和1400℃之间的温度下的烧制，且烧制时间优选地大于1小时。

-在原位执行步骤b1)或c2)或c3)，即在将被涂覆的基材安装在其工作位置中之后执行。有利地，由此简化了该过程且降低成本。例如，当基材是根据本发明的连接装置的第一部件时，该步骤可以在最后连接所述装置之后执行，例如，在放在位于乙烯生产炉或热交换器内的两个管子之间之后执行。因此，烧制时由该连接装置的第一次使用所引起的。

本发明还涉及包括根据本发明的第三、第四和第五方面中的任一方面的方法的被涂覆的基材的部件。

本发明的第六方面

根据第六方面，本发明还涉及“涂覆部件”，该涂覆部件包括由基于硅化合物的材料制成的基材和由包括至少一种陶瓷氧化物的涂层材料制成的涂层、包括在所述基材和所述涂层之间延伸的二氧化硅的过渡层。

所述涂覆部件可以表现出以下选择性性质的一个或多个：

-过渡层表现出大于0.1μm和/或小于20μm的厚度。

-过渡层的厚度小于10μm、优选地小于8μm以及优选地小于6μm。

-过渡层由连续的粘附到所述基材的二氧化硅层组成。

-涂层的厚度小于300μm、优选地小于250μm。

-涂层的厚度(优选地基本上等厚)大于10μm、优选地大于30μm。

-涂层材料表现出与所述基材相比较低的热导率和/或较低的发射率和/或者较高的扩散率(effusivity)。

-所述基材的材料的热导率和所述涂层材料的热导率的比率大于10和/或小于150。

-所述涂层材料表现出小于10W·m·℃的热导率；优选地其是耐火材料。

-所述硅化合物是非氧化物化合物。

-按重量计，所述涂层材料包括大于50％、优选地大于80％、优选地大于90％、更优选地基本上100％的所述至少一种陶瓷氧化物。

-所述涂层材料选自：可选地被掺杂的氧化锆，尤其是掺杂有氧化镁或氧化钇；堇青石；氧化铝；多铝红柱石；铝/镁尖晶石、钛酸铝；氧化钇、氧化镁、氧化铪或这些材料的混合物。有利地，则该涂覆部件表现出良好的抗粘附和抗刮的性质、很好地抗腐蚀并表现出随温度低渗出。

-所述涂层材料包括大于80％的氧化锆。所述涂层材料可以具体地是氧化锆或掺杂氧化锆。优选地，所述涂层材料包括小于5％、小于1％、小于0.1％且甚至不含硅金属合金化合物，尤其是二氧化硅。

-所述涂层被由根据本发明的第十一方面的顺应材料制成的层和/或尤其是根据本发明的第一方面所述的第一收缩环至少部分地、优选地完全地覆盖。有利地，所述涂层有效地充当防止扩散的屏障，提高对热冲击的抵抗。

-优选地，所述涂层被由根据本发明的第十一方面的顺应材料制成的层至少部分地、优选地完全地覆盖，所述由顺应材料制成的层本身被第一收缩环覆盖，尤其是被根据本发明的第一方面所述的第一收缩环覆盖。

-所述基材包括陶瓷材料。

-基材中的碳化硅的按重量计的量大于80％、优选地大于90％。优选地，所述基材的材料由碳化硅组成。

-所述基材表现出小于5％、小于2％、甚至小于1％的总孔隙度。

-涂覆部件是用来充当烧制支撑的部件，具体用于烧制陶瓷部件的支撑。具体地，所述涂层可以被涂覆到烧制支撑的平坦表面上。

-涂覆部件是根据本发明的第三、第四和第五方面中的任一方面的方法制造的。

-选择所述基材和所述至少一种陶瓷氧化物，以便制造根据本发明的一个或多个其他方面的装置的“第一部件”。因此，根据本发明的第六方面的涂覆部件还可包括根据本发明的一个或多个其他方面的装置的“第一部件”的可选的性质的一个或多个。

本发明还涉及以烧制支撑或被冷缩配合部件或收缩环的形式的根据本发明的涂覆部件。

如以上所述，这是因为涂层可以具体用来涂覆第一部件，以防止安装第一收缩环期间与该第一收缩环进行过快的热传递。

发明人还发现，当第一收缩环安装到根据本发明的涂覆部件上时，涂层非常有效地限制了第一部件的材料和第一收缩环的材料之间的化学反应。因此，该涂层充当限制第一部件和第一收缩环之间的材料扩散的屏障。此结果是提高了对热循环的抵抗性。

具体地，为了限制这些热传递和/或这些化学反应，但不局限于此，以下选择性性质是优选的：

-第一收缩环本身与第二收缩环冷缩配合装配。

-所述涂层至少部分地覆盖第一部件和/或第一收缩环和/或任选地该第二收缩环的圆柱体表面，尤其是具有环形横向截面的圆柱体的表面。

-所述涂层包围所述圆柱体表面。

-所述涂层限定了所述第一收缩环和所述第一部件之间和/或任选地限定所述第二收缩环和所述第一收缩环之间的接触区域的至少一部分、优选地全部。

-所述涂层至少位于所述接触区域的至少50％、优选地至少80％、更优选地基本上100％上。

-优选地，所述涂层从所述第一部件的边缘或所述第一收缩环的边缘延伸，通过所述边缘，所述第一部件在安装期间插入所述第一收缩环中。

-第二部件连接到所述第一收缩环。

所述第一部件和/或所述第二部件和/或所述第一收缩环和/或所述第二收缩环可以或者可以不分别是根据本发明的一个或多个其他方面的装置的第一部件和/或第二部件和/或第一收缩环和/或第二收缩环。因此，根据本发明的第六方面的装置还可包括根据本发明的一个或多个其他方面的装置的可能选择性的一个或多个特性。

通常，本发明还涉及一种组件，该组件包括以上所述的涂覆部件和安装在所述涂覆部件上的收缩环，所述涂覆部件包括由基于硅化合物的材料制成的基材和由包括所述至少一种陶瓷氧化物的涂层材料制成的涂层以及在所述基材和所述涂层之间延伸的包括二氧化硅的过渡层，所述涂层限定所述收缩环和所述涂覆部件之间的接触区域的至少一部分。

本发明还涉及将如上所述的涂层在所述第一部件和安装在所述第一部件上的第一收缩环之间作为“防扩散屏障”的应用，即为了限制所述第一部件和所述第一收缩环之间的材料迁移。

本发明的第七方面

因此，根据本发明的第七方面，本发明还涉及一种用于通过第一收缩环对第一部件、尤其是由陶瓷材料制成的第一部件进行冷缩配合装配的方法，在所述方法中，在将所述第一收缩环安装在所述第一部件上之前，将由表现出与所述第一部件相比的较小的热导率和/或较大扩散率的材料制成的涂层涂到所述第一部件上和/或所述第一收缩环上。

当所述第一收缩环被加热以允许该安装时，该涂层优选地被涂到所述第一部件上。

优选地根据用于根据本发明的涂覆基材的方法涂覆该涂层。

优选地，调节该方法以使所述第一部件是根据本发明的涂覆部件。

本发明的第八方面

在发明人的测试期间，发明人还发现，通过根据本发明的第一方面所述的一个或多个收缩环将陶瓷管子连接到所述金属管子可以导致陶瓷管子破裂。

因此，存在对一种解决方法的需要，该解决方法使得可能降低通过第一收缩环使由陶瓷材料制成的部件冷缩配合时对该由陶瓷材料制成的部件的损害。

本发明的目的是满足该要求

根据本发明的第八方面，该目的是通过一种包括通过第一收缩环被冷缩配合且由陶瓷材料制成的第一部件，在该装置中，所述第一部件和所述第一收缩环的圆柱体部分的轴端的边缘属于同一横向平面，通过所述边缘，所述第一收缩环安装在所述第一部件上。

换言之，所述第一收缩环延伸到所述第一部件的圆柱体部分的边缘，所述第一收缩环安装在所述第一部件上，而并未从所述边缘轴向伸出。为了清楚，称为将所述第一收缩环“齐平”地安装到所述第一部件上。

在两个管子或两个棒端对端连接的情况下，该安装类型是新颖的，为了寻求将所述管子或棒牢固地彼此连接自然地提倡至少该第一收缩环以重叠方式安装在这两个管子或棒上。然而，发明人发现，“齐平”安装非常明显地限制了安装第一收缩环期间对所述第一部件的损害。

当两个边缘的轴向偏移小于1mm时，将两个边缘称为“属于同一横向平面”。优选地，根据本发明，该偏移小于0.8mm、优选地小于0.5mm、更优选地小于0.3mm、再优选地小于0.1mm。在所述边缘的一个或两个边缘不包括在横向平面中的情况下，当所考虑的边缘的任一点距离另一边缘小于1mm、优选地小于0.8mm、优选地小于0.5mm、更优选地小于0.3mm、再优选地小于0.1mm时，认为所述两个边缘“属于同一横向平面“。

术语“横向平面“描述了与第一收缩环的轴垂直的平面。

根据本发明的第八方面所述的装置还可选择性地包括以下特性的一个或多个：

-所述第二部件连接到、优选地焊接或铜焊到所述第一收缩环。

-所述第一收缩环本身优选地与所述第二收缩环冷缩配合装配。

-所述第二收缩环齐平地安装在所述第一收缩环上。换言之，所述第一收缩环、所述第二收缩环和所述第一部件的轴端的边缘属于同一横向平面。

-所述第二部件连接到所述第一收缩环，优选地以便与所述第一收缩环互动地限定一腔、优选地密封腔，该第二收缩环容纳在该腔中。

所述第一部件和/或所述第二部件和/或所述第一收缩环和/或所述第二收缩环可以是或者可以不分别是根据本发明的一个或多个其他方面的装置的第一部件和/或第二部件和/或第一收缩环和/或第二收缩环。因此，根据本发明的第八方面的装置还可包括根据本发明的一个或多个其他方面的装置的可选的一个或多个特性。

本发明的第九方面

在根据本发明的第一方面的装置的一个实施方式中，所述第二部件通过焊接或铜焊连接到所述第一收缩环。这是因为该类型的连接有利地具有机械抵抗力且持久。然而，发明人发现，当所述第一部件由陶瓷材料制成时，在连接该第二部件期间，该第一部件可能破裂。

因此，存在对可能降低该破裂风险的解决方法的需要。

本发明的一目的是满足该需求。

根据本发明的第九方面，通过这样的装置实现目的：该装置包括由陶瓷材料制成且与第一收缩环冷缩配合装配的第一部件和例如通过加热过程连接到所述第一收缩环的第二部件，所述第一收缩环和所述第二部件之间的连接区域在任一点处与所述第一部件隔开至少1mm。例如，在图3的实施方式中，该间隔至少为0.8mm、甚至至少1mm，该间隔对应于所述陶瓷管子的外表面和焊缝之间的径向间隔δ，该焊缝使得可能将所述金属管子结合到所述第一收缩环。

在后续描述中可以更详细地看到，连接区域的间隔降低了将第二部件连接到第一收缩环期间与第一部件的相互作用。具体地，当第二部件被焊接或铜焊到所述第一收缩环上时，该间隔降低了第一部件内的热梯度。

根据本发明的第九方面的装置还可选择性地包括以下性质中的一个或多个性质：

-连接区域垂直于所述第一部件延伸。具体地，当所述第一部件是管子时，所述间隔是沿着包括在横向平面中且穿过所述管子的轴的直线测量的径向间隔。

-所述间隔，具体地当其为径向时，其大于0.8mm、大于1mm、优选地大于3mm、大于5mm、更优选地大于10mm或甚至大于15mm。

-所述第二部件被焊接或铜焊到所述第一收缩环。

-所述第一收缩环表现出连续的或不连续的、优选为连续的凸缘，该第二部件连接到所述凸缘的边缘。

-所述凸缘是连续的并且环绕所述第一收缩环。

-所述凸缘提供在所述第一收缩环的一轴端处。

-所述凸缘位于所述第一收缩环的轴端，通过所述凸缘，所述第一收缩环安装在所述第一部件上(即，轴向插入)。

-所述第一收缩环本身与所述第二部件冷缩配合装配。

在特别有利的实施方式中，该第一收缩环未齐平地安装到所述第一部件上，而从所述第一部件沿轴向伸出，该第二部件连接到该第一收缩环的伸出部分，优选地连接到与以下端部相对的所述第一部件的端部处：通过该端部，该第一收缩环滑到所述第一部件上。

有利地，该实施方式不需要提供凸缘，这简化了第一收缩环的制造。此外，其实现了最小空间要求。

优选地，然而，选择性的第二收缩环齐平地安装到所述第一部件上，即该第二收缩环延伸到其安装到的所述第一部件的圆柱体部分的边缘。

所述第一部件和/或所述第二部件和/或所述第一收缩环和/或所述第二收缩环可以分别是或者可以不分别是根据本发明的一个或多个其他方面的装置的第一部件和/或第二部件和/或第一收缩环和/或第二收缩环。因此，根据本发明的第九方面的装置还可包括根据本发明的一个或多个其他方面的装置的可能选择性的一个或多个特性。

本发明的第十方面

发明人还寻求延长根据本发明的第一方面的装置的寿命。

因此，根据本发明的第十方面，发明人发现一种包括由陶瓷材料制成且被第一收缩环冷缩配合的第一部件的装置，其中通过利用屏障覆盖来保护该第一收缩环的至少一部分、优选地该第一收缩环与该第一部件接触的至少部分、甚至第一收缩环的全部。

优选地，所述第一收缩环本身被第二收缩环冷缩配合，且所述第二收缩环的至少一部分、优选地所述第二收缩环的与所述第一收缩环接触的至少部分、甚至第二收缩环的全部被通过利用屏障覆盖而被保护。

在后续描述中将更详细地看到，安装至少部分地覆盖收缩环的保护性屏障使得可能降低对收缩环的破坏、尤其由机械攻击导致破坏，且因此可能延长装置的寿命。

根据本发明的第十方面的装置还可选择性地包括以下性质的一个或多个性质：

-该屏障包围所述第一收缩环和/或所述第二收缩环。

-该屏障不接触所述第一收缩环的与所述第一部件接触的部分。

-该屏障不与所述第二收缩环接触。

-该屏障优选地与所述第一收缩环互动地限定腔、优选地环形腔。

-所述第一收缩环容纳于所述腔中。

-所述腔是密封的。

-所述腔可以表现出任何截面。其可以在所述第一收缩环连接到的所述第一部件的部分的边缘的全部或一部分上延伸。

-所述腔包括使冷却或致冷或热交换或热隔离或化学隔离的流体和/或测量装置(尤其是用于测量压力和/或温度的测量装置)和/或检测装置和/或用于分析环境的装置。

所述第二部件连接到(优选地通过焊接连接至)所述第一收缩环，优选地经由所述屏障连接。

所述屏障形成所述第二部件的一部分，且优选地与所述第二部件为整体。

所述屏障、甚至所述第二部件连接到、优选地被焊接到所述第一收缩环的凸缘、优选地所述凸缘的自由边，所述凸缘优选地与所述第一收缩环是整体的。

所述凸缘位于所述第一收缩环的端部，通过所述凸缘，所述第一收缩环安装在所述第一部件上。任选地，所述凸缘相对于所述第二收缩环优选地位于所述第一收缩环的与所述第一部件的圆柱体部分的这样的轴端相对的侧上：通过该轴端，该第一收缩环已安装在所述第一部件上。

所述第二收缩环沿轴向位于所述凸缘和所述第一部件的轴端的边缘之间，通过所述轴端的所述边缘，所述第一收缩环安装在所述第一部件上。

在所述第一部件的材料中，按重量计的碳化硅的量大于80％。

所述第一部件和/或所述第二部件和/或所述第一收缩环和/或所述第二收缩环可以分别是或者可以不分别是根据本发明的一个或多个其他方面的装置的第一部件和/或第二部件和/或第一收缩环和/或第二收缩环。因此，根据本发明的第十方面的装置还可包括根据本发明的一个或多个其他方面的装置的可性的一个或多个特性。

本发明的第十一方面

在清洁操作中，乙烯生产单元的管子内的压强可以大大地增大且通常可以达到若干巴。在热循环期间，通过收缩环的连接的密封性也可以被在高于900℃、甚至高于1000℃的温度下通常大于2.5巴的反应混合物的压强挑战。

因此，发明人还寻找其他的解决方法以提高承受这样的应力的两个部件之间且尤其是表现出非常不同的热膨胀系数的两个部件之间的连接的密封性。

因此，根据本发明的第十一方面，发明人发现了一种这样的装置：该装置包括第一构件，该第一构件连接到优选地表现出比该第一构件的热膨胀系数大的热膨胀系数的第二构件，所述连接是通过由来自银、金和钯的至少两种材料的合金组成的顺应材料进行的。发明人发现，所述顺应材料很好地承受经受温度大变化的环境，同时提供连接构件的良好粘附性和该连接的密封性。

根据本发明的第十一方面的装置还可选择性地包括以下性质的一个或多个性质：

-所述合金包括以下、实际上由以下组成：

-银和/或金，以及

-钯。

-按重量百分比计，所述合金包括大于0.5％的钯、实际上大于3％的钯。

-按重量百分比计，所述合金包括小于50％的钯。

-按重量百分比计，所述合金包括小于30％的钯。

-所述合金包括小于5％的玻璃粉。

-所述两个构件之间的顺应材料的厚度小于1mm和/或大于5μm、优选地大于10μm。

-所述第二构件是所述第一构件的收缩环。

-所述第二构件本身与第三构件冷缩配合装配。

-所述第三构件的材料表现出铌和/或镍铁合金P1的按重量计的含量大于80％。

-将所述第三构件连接到所述第二构件是通过由所述顺应材料制成的层进行的。

-所述第二构件的材料表现出其热膨胀系数大于所述第一构件的材料的热膨胀系数，且任选地，所述第三构件表现出在20℃和1000℃之间其热膨胀系数小于所述第二构件的热膨胀系数。

-所述第一构件的材料中的按重量计的碳化硅的量大于80％。

-第四构件连接到所述第二构件。

-所述第一构件涂覆有由耐火材料制成的涂层。

-所述耐火材料优选地选自氧化锆、掺杂氧化锆、堇青石、氧化铝、多铝红柱石、钛酸铝、氧化钇、氧化镁、氧化铪或这些材料的混合物。

-所述第一构件涂覆有由表现出比第一构件的材料的热导率低的热导率的材料制成的涂层。

-所述涂层依照根据本发明的第二方面描述的涂层。

本发明还涉及一种用于通过置于所述第一构件的第一表面和第二构件的第二表面之间的顺应材料连接所述第一构件和所述第二构件的方法，在该方法中：

a)利用如上定义的顺应材料的前体涂覆所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面；

b)利用大于5Mpa的力将第一表面压在所述第二表面上，以及

c)优选地与步骤b)同时，将接触的所述第一表面和所述第二表面加热到大于150℃的温度。

优选地，在步骤a)中，利用顺应材料前体涂覆所述第一表面和所述第二表面二者。还优选地，在步骤b)中，通过利用第二构件使所述第一构件冷缩配合来施加压力。

所述顺应材料前体可以具体地是银和/或金和钯形成的粉末的悬浮液。

所述第一构件和所述第二构件可以具体地分别是根据本发明的一个或多个其他方面的第一部件和第一收缩环，或者分别是所述第一收缩环和第二收缩环。在存在第一部件和两个收缩环的情况下，可以具体地定位所述顺应材料前体，使得所述顺应材料在所述第一部件和所述第一收缩环之间以及在所述第一收缩环和所述第二收缩环之间延伸。所述第三构件也可以是第二收缩环。根据本发明的第十一方面的装置还可选择性地包括根据本发明的一个或多个其他方面的可能选择性特性的一个或多个特性。

本发明还涉及选自熔炉、锅炉、过热器、蒸汽发生器、化学反应器和热交换器的一种设备，尤其用于乙烯生产的设备，所述的该种设备包括根据本发明的任一方面的装置。具体地，所述的该种设备可以包括由基于硅化合物的材料制成、尤其由碳化硅制成的至少一个管子，所述管子通过其至少一个端部连接到金属管子，

-由基于硅化合物的材料制成的管子和所述金属管子分别构成根据本发明的任一个方面的装置的第一部件和第二部件和/或

-由基于硅化合物的材料制成的管子构成根据本发明的第六方面的涂覆部件和/或

-由基于硅化合物的材料制成的管子或安装到由基于硅化合物的材料制成的所述管子上的第一收缩环构成根据本发明的第十一方面的装置和/或

-由基于硅化合物的材料制成的管子、安装到由基于硅化合物的材料制成的所述管子上的第一收缩环、安装到所述第一收缩环上的第二收缩环和金属管子分别构成根据本发明的第十一方面的装置的第一构件、第二构件、第三构件和第四构件。

本发明的第十二方面

发明人还寻求提高根据本发明的连接装置的陶瓷管子与金属管子的连接的质量，尤其是在比如乙烯生产熔炉的环境下。因此他们发现了特别有利的调整。如果：

-ED：表示由陶瓷管子、选择性地由表现出比陶瓷管子的材料的热导率小的热导率的材料制成的涂层(根据本发明的第二方面)和选择性地由所述陶瓷管子和所述第一收缩环之间的顺应材料制成的层(根据本发明的第十一方面)形成的组件的外径，

-ED₄₂表示第一收缩环的外径，

-ID₄₂表示第一收缩环的内径，

-ID₄₂表示第二收缩环的内径，

-Δ₁表示比率100*(ED-ID₄₂)/ED，以及

-Δ₂表示比率100*(ED₄₂-ID₄₄)/ED₄₂，

所有测量是在20℃下进行的。

Δ₁和/或Δ₂，优选地Δ₁和Δ₂，大于或等于0.00和/或小于0.25、甚至小于或等于0.20。

附图说明

阅读将按照并根据附图的详细描述后，本发明的其他的特性和优势将变得更加明显，其中：

图1用图解法示出了乙烯生产单元；

图2以横截面图示出了连接之前和连接之后的收缩环和冷缩配合部件；

图3以透视图并由正中纵切面切割的形式示出了根据本发明的优选实施方式的装置；

图4到图6示出了用来将图3中示出的装置连接在一起的各个步骤或方法；以及

图7示出了根据本发明的装置的可选择形式。

在各个图中，用相同的附图标记表示相同或类似的元件。

具体实施方式

在本说明书的前序部分中对图1进行了描述。

冷缩配合是将外部部件轴向安装到内部部件上的技术，该技术利用这两个部件之间不同的膨胀性能。外部部件通常被称为“收缩环”，内部部件称为“被冷缩配合”。

更具体地，收缩环由表现出比内部部件的热膨胀系数大的热膨胀系数的材料制成。如图2中所示，收缩环F表现出由其内表面限定的孔O，孔O的尺寸使得用手甚或传统上用夹具难以、实际上不可能将该收缩环F安装到内部部件P上。因此当收缩环F是具有环形横截面的圆柱体时，在预期使用该连接的组件的温度范围中，其内径ID小于该内部部件P的外径OD。因此，在该范围内，安装该收缩环是不可能的。为此，必须使收缩环F达到比内部部件P的温度高的温度。可以通过加热收缩环F和/或通过例如利用流态氮或者干冰冷却内部部件P来实现该温度差异。必须确定温度差异以使得收缩环F的孔O允许其被引入到内部部件上。

当收缩环F被置于内部部件P上时，使该连接达到例如与开始室温相同的温度，这引起收缩环F压缩该内部部件并提供收缩环F和内部部件P之间的结合。然而，如果该被连接的元件周围的温度上升，则该结合受到挑战。这是因为该收缩环接着将比该内部部件膨胀得快。因此，温度上升可以导致密封性下降，甚至导致所述部件非故意地分离。

具体而言，发明人已发现，在乙烯生产单元的熔炉的温度发生变化的条件下，通过冷缩配合将金属管子连接到陶瓷管子并不令人满意。这是因为这些管子的材料的热膨胀系数相差太大，而使得冷缩配合不能够在幅度大于1000℃的温度范围中提供可靠连接。

US4624484描述了一种使得可能通过收缩环来连接陶瓷部件的连接装置。在安装该收缩环之前，将由非铁金属制成的层涂到该收缩环的内表面上，该收缩环的内表面用来与该陶瓷部件接触。在安装之后，该层发生变形以使得补偿该陶瓷管子和该收缩环之间的膨胀差异。这样的层或者通常称之为涂层不是收缩环。

接着，发明人设想通过表现出逐渐增大的热膨胀系数的若干中间收缩环来提供所述陶瓷管子和所述金属管子之间的连接：将表现出比陶瓷管子的热膨胀系数略大的热膨胀系数的第一收缩环安装到该陶瓷管子上，将表现出比该第一收缩环的热膨胀系数略大的热膨胀系数的第二收缩环安装到该第一收缩环上，重复该类型的安装，直到获得表现出与金属管子的热膨胀系数相似的热膨胀系数的收缩环为止。随后将该金属管子附到该最后的收缩环上。然而，测试表明，在乙烯生产单元的熔炉的温度发生变化的条件下，该技术方法导致对陶瓷管子施加高应力且可能导致其破裂。

接着发明人设计并制造了一种具有完全不同的设计的连接装置。

在一个实施方式中，该连接装置包括安装到该陶瓷管子的第一收缩环和安装到该第一收缩环的第二收缩环，该第二收缩环表现出比该第一收缩环的热膨胀系数低的热膨胀系数。因此，如果温度上升，该第二收缩环妨碍该第一收缩环膨胀且因此防止密闭性下降或防止与该第一收缩环分离。此外，已证明该类型的连接在乙烯生产熔炉的条件下特别可靠。

图3示出了通过根据本发明的优选的非限制性实施方式的连接装置连接的示例。

为了清楚，图3中示出的管子被看作沿着竖直轴V定位。词语“顶部”、“底部”、“上部”和“下部”用来根据构件或构件部分相对于该轴的位置而对所述构件或构件部分进行描述，而未隐含限制。

图3示出了陶瓷管子22的下部部分20通过连接装置30同轴地连接到金属管子26的上部部分24，陶瓷管子22具有轴X。

除了在连接装置处外，陶瓷管子22和金属管子26表现出相同的环形横截面。管子22和管子26的外径优选地大于50mm和/或小于100mm。管子22和管子26的内径优选地大于40mm和/或小于50mm。

陶瓷管子22由非氧化物材料制成，优选地由碳化硅制成，且优选地表现出小于1％的孔隙率，该孔隙率是闭孔的。

陶瓷管子22的下部部分20涂有隔热涂层32，该隔热涂层例如由氧化锆制成。涂层32沿着用来充当第一收缩环的支撑的环形表面延伸，这将在下文中进行描述。该涂层表现出大致为30μm的厚度。

照片显示，在陶瓷管子22的碳化硅和涂层32的氧化锆之间的界面处，存在基本上等厚的大致为5μm的过渡层。该过渡层由连续地附着于陶瓷管子32的二氧化硅层构成。

除了其上部部分24以外，金属管子26是和现有技术中的用于生产乙烯的熔炉的上游或下游使用的管子相似的管子。

金属管子26的上部部分24包括壁34，该壁34的厚度逐渐增大，直到在横向平面P1中达到最大。在图3的非限制性实施方式中，在该平面中，金属管子26表现为平坦的环形表面36，陶瓷管子22的下部边缘38和/或以上所述的第一收缩环的下部边缘将置于该环形表面上。具有轴X的环形截面的圆柱形外围裙座40从环形表面36的外围向上延伸。

连接装置30包括第一收缩环42和第二收缩环44。

第一收缩环42由在20℃和1000℃之间表现出小于25·10^-6K^-1且大于10·10^-6K^-1的热膨胀系数的材料制成，且优选地由和金属管子26相同的材料制成，例如由HP40钢或由FeNiCr合金制成。使用相同的材料来制成金属管子26和第一收缩环42有利地促进了其中的一个焊接到另一上。

第一收缩环42表现出大致为60mm的全长L₄₂和优选地在1mm和5mm之间、优选地大致为2mm的基本等厚的壁厚e₄₂。如果温度从20℃升到900℃，则第二收缩环对第一收缩环的作用和第一收缩环对陶瓷管子22的作用是最佳的。

在一个实施方式中，第一收缩环42表现出大于3mm、甚至大于3.5mm、甚至基本等于4mm的基本上等厚的壁厚e₄₂。这是因为发明人发现，第一收缩环的厚度改进室温下的连接的密闭性的质量，在厚度e₄₂大致为4mm下获得最佳结果。

第一收缩环42表现为圆柱体套筒46的形状，该圆柱体套筒46具有环形截面且长度L₄₆大致为50mm，其通过凸缘48向上延伸。

在其整个长度上，圆柱体套筒46通过由顺应材料构成的层50来与陶瓷管子22的涂层32接触，该顺应材料构成的层50提高了陶瓷管子和第一收缩环之间的密闭度。层50表现出大致为30μm的基本上等厚的厚度。

一方面，该顺应材料包括银和/或金，另一方面，该顺应材料包括钯。发明人已发现，这样的材料特别可靠。具体地，该材料表现出优秀的耐高温性和很高的熔点，这使得该材料适合于乙烯生产单元的熔炉中遭受的应力。

例如，该顺应材料包括大致为30％的钯，剩余物是银。

圆柱体套筒46限定了第一收缩环42的下部边缘52。该圆柱体套筒46的下部边缘52和陶瓷管子22的下部边缘38共面且可以与环形表面36接触。这是因为发明人发现，该结构降低了陶瓷管子22破裂的风险。

凸缘48由以下产生：第一收缩环的壁逐渐展开，直到该壁延伸成基本上垂直于轴X。该逐渐展开降低了安装第一收缩环42期间陶瓷管子破裂的风险并促进了将陶瓷管子22插入第一收缩环22中。凸缘48限定了第一收缩环42的环形“上部边缘”56。

外围裙座40的上部边缘58通过焊缝60连接到凸缘48的上部边缘56。陶瓷管子22的外表面61和焊缝60之间的径向间隔δ例如大致为5mm。

因此，环形表面36、外围裙座40和第一收缩环42限定了腔62。焊缝60优选地是连续的，使得腔62基本上是密封的。选择性地，腔62还与陶瓷管子22和金属管子26的内部体积是隔离的。

腔62的内部体积是几十cm³，优选地大于20cm³、优选地大于50cm³和/或优选地小于100cm³、小于80cm³、优选地大致为70cm³。有利地，因此限制了焦炭的随意累积。

第二收缩环44由表现出比第一收缩环的热膨胀系数低的热膨胀系数的材料组成。第一收缩环和第二收缩环之间的热膨胀系数的不同是根据应用而确定的。当该连接装置要承受温度变化时，比如乙烯生产单元熔炉的腔内遇到的温度变化或者紧挨着这样的腔的上游或下游处的温度变化，该第二收缩环可以具体地由包括多于70％的铌和/或镍铁合金P1的合金制成。这样的铌和/或镍铁合金P1合金有利地表现出低热膨胀系数、低杨氏模量(弹性模量)和高温下的优良抗热性和抗腐蚀性，通过存在涂层可能进一步地改进高温下的抗热性和抗腐蚀性。例如，第二收缩环的材料包括89％的铌、10％的铪和1％的钛。通过利用保护性涂层、或“涂层32”类型的“涂层”涂覆该第二收缩环可以进一步地提高抗腐蚀性。第二收缩环44表现出环形截面的圆柱体套筒的形状且经由顺应材料层63、通过冷缩配合来安装到第一收缩环上，该顺应材料例如与在陶瓷管子和第一收缩环之间延伸的材料相同。

第二收缩环44的长度L₄₄基本上与第一收缩环42的圆柱体套筒46的长度相同。厚度e₄₄在3mm和15mm之间，优选地在5mm和13mm之间。则如果温度升高，第二收缩环对第一收缩环的作用是最佳的。

而且，第二收缩环44容纳于腔62内部。因此，有利地，该第二收缩环44被保护以免接触外部世界。因此，外围裙座40充当第二收缩环44的保护性屏障，还充当第一收缩环42的保护性屏障。

第二收缩环44的下部边缘64基本上与陶瓷管子22的下部边缘38和第一收缩环42的下部边缘52共面。这是因为已证明该结构在安装第二收缩环期间降低该陶瓷管子的破裂的风险的方面是最佳的。

第二收缩环26的上部边缘65朝着内部和外部成斜面。

连接装置比如图3中示出的连接装置可以以下列方式制造：

首先，利用绝缘涂层32覆盖陶瓷管子22的下部部分。然而，将由陶瓷氧化物制成的涂层粘附到由非氧化物材料制成的管子上是困难的，尤其是当非氧化物材料不是多孔或仅略微多孔时。

具体地，已证实，通过等离子焰炬直接喷涂所述陶瓷氧化物的非常纤细的颗粒的传统技术在喷涂到由非氧化物陶瓷制成的第一部件上而言是无效的。

然而，发明人已发现了用于利用包括至少一种陶瓷氧化物的涂层涂覆基于硅化合物的基材的若干新方法。具体地，发明人已发现包括以下连续步骤的用于利用包括至少一种陶瓷氧化物的涂层涂覆基于硅化合物的基材的方法：

a1)将包括所述至少一种陶瓷氧化物、优选地由所述至少一种陶瓷氧化物组成的颗粒涂到所述基材上，优选地在室温下进行；

b1)在适于引起所述至少一种陶瓷氧化物与所述基材中的硅发生反应的条件下，对所述基材进行热处理，以便形成二氧化硅。

优选地，所述至少一种陶瓷氧化物的颗粒被直接涂覆到所述基材上，而不需中间层。具体地，在步骤a1)之前，并不将硅或二氧化硅的中间层置于基材上。则在步骤b1)中形成的过渡层的厚度优选地很小，通常小于10μm，甚至小于8μm甚或小于6μm。

在优选实施方式中，根据本发明的方法不包括使得在步骤a1)之前形成二氧化硅的步骤。

在步骤a1)中，可以使用任何传统的技术来涂覆颗粒。具体地，可以通过喷涂、涂刷或浸渍来涂覆陶瓷氧化物。为此，制备浆体且将该浆体涂覆到基材上。该浆体通常包括优选地为水的溶剂、有机分散剂和所述颗粒。

优选地，所述浆体不包括二氧化硅且优选地不包括硅化合物。因此，在烧制之后，二氧化硅将仅存在于过渡层中，不含二氧化硅的涂层裸露在外部世界中。没有二氧化硅可以改进涂层的透气性，但是在示出的实施方式中，该改进不具有实际效果，该涂层本身被由顺应材料制成的层和/或第一收缩环覆盖。此外，由此简化制造过程。

可以在室温下进行涂覆，例如露天进行。根据所需的涂层厚度来调节颗粒的量。

还优选地，该方法在步骤a1)和步骤b1)之间不包括任何步骤。

在步骤b1)中，例如在空气中，优选地，使该基材承受1000℃和1400℃之间的温度下的烧制，且烧制时间优选地大于1小时。

出人意料地，该热处理引起在该基材上形成过渡层，其中一部分硅化合物发生反应以在基材材料内形成二氧化硅层。在理论上未能够解释，发明人已发现二氧化硅层大大提高了陶瓷氧化物的粘着质量。

在优选实施方式中，根据本发明的方法仅包括步骤a1)和步骤b1)。因此，过渡层的二氧化硅唯一由步骤b1)的实现而产生。则该方法特别易于实施。

发明人还发明了该方法的替代形式。

具体地，他们发现了利用包括至少一种陶瓷氧化物的涂层涂覆基于硅化合物的基材的方法，该方法包括以下连续步骤：

a2)在氧化气氛下，至少在所述基材的表面氧化所述硅化合物，例如通过热处理，以形成二氧化硅，

b2)将包括所述至少一种陶瓷氧化物、优选地由所述至少一种陶瓷氧化物组成的颗粒涂覆到所述基材上，优选地在室温下进行涂覆，

c2)在适于引起所述至少一种陶瓷氧化物与所述二氧化硅发生反应的条件下，对所述基材进行热处理。

在步骤a2)中，例如，可以通过在温度1250℃下对所述基材的表面加热3小时来进行氧化性热处理，例如在空气下，例如在大气压下。

在一个实施方式中，仅有所述基材的一部分，尤其是仅有其表面或者其表面中用来接收涂层的部分被加热。例如，在陶瓷管子的情况下，并不总是需要将整个管子放入熔炉中。

优选地，仅氧化基材的表面层。更优选地，仅氧化该基材小于20μm的深度。

在步骤b2)中，可以按照步骤a1)中那样涂覆所述至少一种陶瓷氧化物的颗粒。

在步骤c2)中，优选地，例如在空气中，使该基材承受1000℃和1400℃之间的温度下的烧制，烧制时间优选地大于1小时。

发明人还发明了一种用于利用包括至少一种陶瓷氧化物的涂层涂覆基于硅化合物的基材的方法，该方法包括以下连续步骤：

a3)将硅层沉积在基材表面上，优选地通过等离子喷涂沉积；

b3)将包括所述至少一种陶瓷氧化物、优选地由所述至少一种氧化物组成的颗粒涂到所述硅层上，优选地在室温下进行；

c3)可选地对所述基材进行热处理以引起所述至少一种陶瓷氧化物与该基材的硅进行反应，以便形成二氧化硅。

在步骤a3)中，可以使用传统的等离子体焰炬。

在步骤b3)中，可以按照步骤a1)那样涂覆所述至少一种陶瓷氧化物的颗粒。

可以按照步骤b1)那样执行步骤c3)。然而，在该方法中，如果在步骤b3)中通过热喷涂进行涂覆颗粒，则有利地不需要热处理。由此有利地简化该方法。

通过按照刚刚描述的三个方法中的一个方法，可能使氧化锆涂层32粘附到由陶瓷管子22的下部部分形成的基材。

在将第一收缩环42安装到该第一部件上之前，将顺应材料前体层涂覆到陶瓷管子22的下部部分20的外表面上和/或第一收缩环42的内表面(用来与下部部分20接触)上。

可以以有机溶剂中的悬浮物的形式制备顺应材料前体。接着，通过喷涂、涂刷或浸渍来涂覆该悬浮物。接着移除溶剂，例如通过干燥法。

可以根据所需的顺应材料的表面性质和厚度来调节悬浮物的粉末的粒度分布以及溶剂的量和性质。

随后，将第一收缩环42安装到陶瓷管子22的下部部分20上，优选地通过加热使该第一收缩环膨胀并接着通过其设有凸缘48的轴端将其轴向地引入到陶瓷管子22上来进行。

优选地，将该第一收缩环“齐平”地安装在该陶瓷管子22的下部部分20上。换言之，其被固定在这样的位置中：在该位置中，使第一收缩环的下部边缘52与陶瓷管子的下部边缘38在同一横向平面中对齐。发明人发现该布局有利地降低了陶瓷管子的破裂的风险。

如以上所说明，碳化硅高度导热，且在不存在涂层32的情况下，该第一收缩环42和陶瓷管子22之间的任何接触将导致该第一收缩环突然收缩，该突然收缩导致第一收缩环在能够达到期望的确切位置之前被轴向卡住。

涂层32的存在限制了第一收缩环42和陶瓷管子22之间的热交换，尤其是在发生接触的情况下。这是因为，在将第一收缩环42放在陶瓷管子22上期间，绝缘涂层有利地形成热障，该热障限制了处于高温下的第一收缩环42和导热陶瓷管子22之间的热传递。

术语“间隙”J是指第一收缩环42的内径和陶瓷管子22的外径之间的差。在将第一收缩环42放在陶瓷管子22上时，间隙J是正值且允许通过冷缩配合将第一收缩环安装到陶瓷管子22上。通过存在涂层，间隙J可以有利地被大大降低和/或降低所述第一收缩环的温度而不存在过早轴向卡住的风险。

返回到室温导致该第一收缩环的收缩比该陶瓷管子的收缩大，这引起消除间隙J且接着引起第一收缩环对陶瓷管子22产生压力(图4)。有利地，该压缩还归结于顺应材料的作用。在将第二收缩环44安装在第一收缩环42上之前，也将一层顺应材料前体涂覆到该第一收缩环42的外表面和/或涂覆到该第二收缩环44的内表面上，至少将其涂覆在这些表面的在冷缩配合之后用来被接触的区域上。

接着，可以通过传统的冷缩配合将第二收缩环44安装到第一收缩环42上(图5)。第二收缩环44的上部边缘65的朝着内部成斜面的形状有助于冷缩配合到该第一收缩环上。

关于将第一收缩环安装到陶瓷管子22上，形成热障的涂层也可涂覆到该第一收缩环的外表面上以降低冷缩配合操作期间所需的间隙。优选地，所述第二收缩环“齐平”地安装到该第一收缩环上。换言之，其被固定在这样的位置中：在该位置中，使第二收缩环的下部边缘64与第一收缩环的下部边缘52在同一横向平面P₁中对齐。发明人发现该位置有利地降低了陶瓷管子的破裂的风险。

所述第二收缩环44的上部边缘65的朝着外部成斜面的形状也有利地限制了施加到陶瓷管子22上的应力。

随后，使陶瓷管子22同轴地更靠近金属管子26，直到陶瓷管子22紧靠环形表面36为止。由于与陶瓷管子22的下部边缘38齐平地安装第一收缩环42和第二收缩环44，还可以经由第一收缩环42的下部边缘52和/或第二收缩环的下部边缘64获得在环形表面36上的支撑。

在此邻接位置中，如图6中所示，外围裙座40的上部边缘58面对凸缘48的上部边缘56。接着，通过焊接或铜焊使这些边缘结合。

焊缝60的制造通过涉及大致为1500℃的温度。有利地，凸缘48的上部边缘56和外围裙座40的上部边缘58之间的连接区域(焊缝60)距陶瓷管子22的外表面61有距离。由此有利地降低了能够使陶瓷破裂的热冲击的风险。

在该位置中，第一收缩环42和金属管子26限定了腔62。第二收缩环位于腔62中。有利地，因此保护第二收缩环免受攻击、尤其是物理攻击。

优选地，焊缝60基本上是连续的，使得腔62是密封的，因此还保护第二收缩环免受化学侵蚀。

接着，将陶瓷管子22可靠地连接到金属管子26。

图7示出了根据替代形式的根据本发明的装置，其中第一收缩环42具有伸出在陶瓷管子22的轴端外的套筒的形式。金属管子通过焊缝60连接到第一收缩环42的自由端部，距陶瓷管子有距离。第二收缩环44齐平地安装在陶瓷管子22上。

图7中示出的该实施方式的替代形式是可能的。例如，可以端对端地将金属管子26与第一收缩环42焊接在一起，第一收缩环和所述金属管子可以沿边接触。第一收缩环42的内径和/或外径沿着轴X可以是恒定的或者变化的。金属管子26还可连接到第一收缩环42的外表面。

对图3中示出的连接装置的类型的连接装置进行了测试。如果

-ED：表示由陶瓷管子22、涂层32和顺应材料的层50形成的组件的外径，

-ED₄₂：表示第一收缩环42的外径，

-ID₄₂：表示第一收缩环42的内径，

-ID₄₂：表示第二收缩环44的内径，

-Δ₁：表示比率100*(ED-ID₄₂)/ED，以及

-Δ₂：表示比率100*(ED₄₂-ID₄₄)/ED₄₂，

所有的测量在20℃下进行，

Δ₁和Δ₂的以下值的组合产生特别可靠的安装：

表1

示例	e42	e44	Δ1	Δ2
					1	2	10	0.20	0.20
2	2	12	0.10	0.20
					3	2	10	0.20	0.10
4	2	10	0.10	0.10
					5	3	10	0.10	0.15
6	4	10	0.10	0.10
					7	4	10	0.05	0.00

也对示例6的装置进行了测试，以测量陶瓷管子的表面的涂层32和置于涂层32和第一收缩环42之间的由顺应材料制成的层50的优势。

顺应材料由Ag/Pd合金制成。获得的结果总结在下表2中。

表2

这些结果示出了涂层32和层50不仅对密封性有效果，还对抗热循环有效果。

当然，本发明不局限于所描述和示出的实施方式。

具体而言，冷缩配合不要求所述被冷缩配合部件在横向截面中表现出环形外部轮廓。在一个实施方式中，所述第一部件和/或所述第一收缩环不表现出环形轮廓。有利地，则防止了所述第一收缩环和/或所述第二收缩环分别绕着所述第一收缩环和/或所述第二收缩环的轴的任何旋转。所述第一部件和/或所述第一收缩环可以具体地在横向截面中表现出椭圆形轮廓或表现出优选地绕着所述轴成相等角度地分布的若干个点的轮廓，例如星形。

Claims (27)

1.一种装置，所述装置包括：

第一部件，所述第一部件包括由基于硅化合物的材料制成的基材(22)，

由包括至少一种陶瓷氧化物的涂层材料制成的涂层(32)，在所述基材和所述涂层之间延伸的包括氧化硅的过渡层，所述过渡层具有小于10μm的厚度，以及

第一收缩环和/或由顺应材料制成的层，所述顺应材料由合金所组成，所述合金包括选自于银、金和钯中的至少两种材料，所述涂层一方面限定所述第一部件和所述第一收缩环之间的界面的至少一部分、和/或在另一方面限定所述第一部件和所述由顺应材料制成的层之间的界面的至少一部分。

2.根据前一权利要求所述的装置，其中所述涂层的材料不包含硅。

3.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述由顺应材料制成的层在所述涂层上延伸，以及所述第一收缩环在所述由顺应材料制成的层上延伸。

4.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述涂层的厚度小于300μm。

5.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述涂层的厚度大于10μm。

6.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述基材的材料的热导率与所述涂层材料的热导率的比率大于10。

7.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述涂层材料具有低于10W·m·℃的热导率。

8.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述涂层材料是耐火材料。

9.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述涂层材料包括大于50％的至少一氧化物，该氧化物选自于可选地被掺杂的氧化锆、堇青石、氧化铝、多铝红柱石、钛酸铝、氧化钇、氧化镁、氧化铪和这些材料的混合物。

10.根据前一权利要求所述的装置，其中所述涂层材料包括大于80％的氧化锆。

11.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述涂层材料具有比所述基材低的热导率和/或低的发射率和/或低的扩散率。

12.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述涂层至少部分地覆盖所述基材的圆柱形表面。

13.根据前述任一权利要求所述的装置，其中金属管子被连接至所述第一收缩环。

14.根据前述任一权利要求所述的装置，其中第二收缩环被安装至所述第一收缩环，所述第二收缩环在20℃和1000℃之间具有比所述第一收缩环的热膨胀系数低的热膨胀系数。

15.根据前三项权利要求所述的装置，其中所述涂层包围所述圆柱形表面。

16.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述过渡层具有大于0.1μm的厚度。

17.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述基材是由在20℃和1000℃之间具有小于10·10^-6K^-1的热膨胀系数的材料制成的。

18.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述硅化合物是非氧化物化合物。

19.根据前述任一权利要求所述的装置，其中按重量计碳化硅在所述基材中的量大于80％。

20.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述基材具有小于5％的总孔隙率。

21.一种选自熔炉、锅炉、过热器、蒸汽发生器、化学反应器和热交换器的设备，所述设备包括至少一个由碳化硅制成的管子，该管子通过其至少一个端部连接到金属管子，所述由碳化硅制成的管子构成根据前述权利要求中任一项所述的装置的第一部件。

22.根据前一权利要求所述的设备用在蒸汽裂化单元中的用途。

23.如权利要求21所述的设备用在用于回收废物的单元中的用途，尤其用在生活垃圾焚烧炉中的用途。

24.一种制造根据权利要求1-20中任一项所述的装置的方法，所述方法包括下列连续步骤：

a1)将包括所述至少一种陶瓷氧化物的颗粒涂到所述基材上；

b1)在适于引起所述至少一种陶瓷氧化物与所述基材的硅发生反应的条件下，对所述基材进行热处理，以便形成二氧化硅。

25.一种制造根据权利要求1-20中任一项所述的装置的方法，所述方法包括下列连续步骤：

a2)在氧化气氛下，至少在所述基材的表面上氧化所述硅化合物，以在所述表面上形成二氧化硅；

b2)将包括所述至少一种陶瓷氧化物的颗粒涂覆到所述基材上；

c2)在适于引起所述至少一种陶瓷氧化物与所述二氧化硅发生反应的条件下，对所述基材进行热处理。

26.根据前两项权利要求中任一权利要求所述的方法，其中，在步骤b1)或者c2)中，在1000℃和1400℃之间的温度下对所述基材进行烧制。

27.一种制造根据权利要求1-20中任一项所述的装置的方法，所述方法包括下列连续步骤：

a3)在所述基材的表面上沉积硅层；

b3)将包括所述至少一种陶瓷氧化物的颗粒涂到所述硅层上。

Images