CN102482168A - 多孔陶瓷元件的渗入方法 - Google Patents

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Abstract

多孔陶瓷元件的渗入方法，所述方法的特征在于，使用分散体，所述分散体含有金属氧化物颗粒且所含的金属氧化物含量为基于分散体重量的至少30重量％，其中所述金属氧化物颗粒的粒径分布d50为不大于200nm。

Description

多孔陶瓷元件的渗入方法
技术领域
本发明涉及通过含有金属氧化物颗粒的高填充分散体(highly filleddispersion)渗入陶瓷元件的方法。
背景技术
多孔陶瓷元件的渗入(infiltration)、特别是用于高温应用(耐火陶瓷)的元件的渗入是人们熟知的。这是为了减少这些元件的孔隙度并因而增强这些元件的抗腐蚀性、抗氧化性、还有可能增强这些元件的强度。
现有技术描述了用含碳物质渗入陶瓷元件。但是用这种方法渗入的陶瓷元件在热稳定性和氧化稳定性方面有缺点。
多孔陶瓷元件的渗入也可以用金属盐的无机熔化物或无机溶液实现。用盐熔化物渗入是复杂和昂贵的。当使用金属盐溶液，例如经火烧产生耐火氧化物的金属盐的溶液时，先蒸发掉溶剂，随后金属盐转化为氧化物。一般以这种方式只能形成很少量的氧化物。
发明内容
因此本发明的目的是提供陶瓷元件的渗入方法，所述方法没有现有技术的缺点。
本发明提供多孔陶瓷元件的渗入方法，特别是用于高温应用的元件，例如耐火元件的渗入方法。所述方法使用分散体，所述分散体含有金属氧化物颗粒且所含金属氧化物含量为基于分散体重量的至少30重量％，优选地30-70重量％，特别优选地40-60重量％。其中通过激光光散射测定的所述金属氧化物颗粒的粒径分布d50为不大于200nm，优选50-100nm。
为了本发明的目的，多孔陶瓷元件是具有0.5-100μm的孔径的元件。
在这种尺寸范围测定粒径分布的一种适用的方法是激光光散射法。如果颗粒以聚集方式存在，所述粒径分布对应于聚集体的尺寸分布。
所述的d50是基于体积的数值。它表示50％的颗粒比该值所示的颗粒小。相应地，d95表示95％的颗粒比该值所示的颗粒小。
当较粗的颗粒的比例低的时候，人们发现渗入特别有效。因此优选使用分散体，所述分散体中金属氧化物颗粒的粒径分布d95不大于250nm，特别优选为100-200nm。
另外，人们发现金属氧化物颗粒以至少部分聚集的形式、更好的是几乎全部聚集的形式存在，对渗入有有利效果。这种金属氧化物颗粒可以通过例如火焰氧化或火焰水解方法得到。
此外，本发明还提供一种方法，其中与迄今为止描述渗入多孔陶瓷元件的方法相反地，本发明的方法使用含有粗金属氧化物颗粒部分和细金属氧化物颗粒部分的分散体。所述方法的特征在于，使用如下的分散体：
a)具有的金属氧化物含量，在各情况下基于分散体重量，为至少30重量％，优选40-80重量％，非常优选50-70重量％，
b)由在各情况下一种或多种金属氧化物的粗颗粒部分和细颗粒部分组成，
b1)所述的细部分的粒径分布d50不大于200nm，优选50-100nm，和
b2)所述的粗部分的粒径分布d50为0.3-5μm，优选0.5-3μm，和
b3)细部分对粗部分的重量比为10∶90至80∶20，优选从40∶60至60∶40。
在这个方法中，选择细部分使得所述金属氧化物颗粒的粒径分布d95不大于250nm，特别优选为100-200nm，也可以是有利的。相应地，在粗颗粒部分的直径不超过5μm的情况下可以是有利的。所述的粗和细部分的金属氧化物可以是一样的或者不同的。
当使用包含细部分和粗部分的分散体，粒径分布d50或d95可优选地通过动态激光光散射或计量透射电镜显微照片(图像分析)来测定。
所述的金属氧化物颗粒优选选自氧化铝、氧化钙、氧化铬、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化钇、上述金属氧化物的混合氧化物和上述金属氧化物的物理混合物。二氧化硅作为半金属氧化物，为了本发明的目的被认为是金属氧化物。这些金属氧化物的BET表面积优选地为20-200m2/g，特别优选地为40-100m2/g。
一般地，在本发明的方法中使用基本上不含粘合剂的分散体。
另一方面，用于本发明的方法中的分散体可含有本领域技术人员熟知的润湿剂。
用于本发明的方法中的分散体的pH可以在宽的界限内变化。一般所述pH可以在2-12的范围内。基于金属氧化物的类型和pH，可以获得不同的zeta电位。所述的zeta电位是颗粒的表面电荷的量度。基于多孔陶瓷元件的表面电荷，渗入深度可以通过分散体中金属氧化物的zeta电位来控制。如果所述多孔陶瓷元件在分散体的pH值下具有负的表面电荷，带阳离子电荷的金属氧化物颗粒只能达到小的渗入深度，即只是靠近表面的区域被渗入。另一方面，在带负电荷金属氧化物颗粒的情况下，在这些条件下可以达到较深的渗入深度。
所述的渗入可通过浸涂、蘸涂、刷涂、喷涂和/或真空-压力渗入方法而实现。所述渗入步骤后可以跟着干燥步骤和/或后燃烧(after-firing)步骤。
具体实施方式
优选用于本发明的方法中的分散体是具有如下特征的分散体：
a)含有作为金属氧化物颗粒的聚集的二氧化钛颗粒，所述聚集的二氧化钛颗粒具有
a1)BET表面积为20-100m2/g，特别优选50-90m2/g，和
a2)二氧化钛含量为基于分散体重量的35-45重量％，
b)pH为5-7，和
c)20℃和剪切率为100s-1下的粘度为小于1000mPas，优选为2-200mPas。
此外，也可是优选的，使用如下所述的分散体：
a)含有作为金属氧化物颗粒的聚集的氧化铝颗粒，所述聚集的氧化铝颗粒具有
a1)BET表面积为40-130m2/g，特别优选60-100m2/g，和
a2)其含量为基于分散体重量的30-40重量％，和
b)pH为3-5和
c)20℃和剪切率为100s-1下的粘度为小于500mPas，优选为2-100mPas。
此外，也可是优选的，使用如下所述的分散体：
a)含有作为金属氧化物颗粒的聚集的氧化铝颗粒，所述聚集的氧化铝颗粒具有
a1)BET表面积为40-130m2/g，优选60-100m2/g，和
a2)其含量为基于分散体重量的35-55重量％，和
b)pH为6-9，和
c)20℃和剪切率为100s-1下的粘度为小于500mPas，优选为2-250mPas。
此外，也可是优选的，使用如下所述的分散体：
a)含有作为金属氧化物颗粒的聚集的氧化铝颗粒，所述聚集的氧化铝颗粒具有
a1)BET表面积为40-130m2/g，优选60-100m2/g，和
a2)其含量为基于分散体重量的55-65重量％，和
b)一种或多种至少二元的羟基羧酸或其盐溶解在所述分散体中，和至少一种磷酸氢二碱金属盐和/或磷酸二氢碱金属盐，在各情况下各自独立地在特定的氧化铝表面有0.3-3×10-6mol/m2的量，和
c)pH为6-10，和
d)20℃和剪切率为100s-1下的粘度为小于2000mPas，优选为100-750mPas。
此外，也可是优选的，使用如下所述的分散体：
a)含有作为金属氧化物颗粒的聚集的二氧化锆颗粒或稳定的二氧化锆颗粒，所述颗粒具有
a1)BET表面积为20-70m2/g，优选30-50m2/g，和
a2)其含量为基于分散体重量的45-55重量％，和
b)pH为8-11和
c)20℃和剪切率为100s-1下的粘度为小于500mPas，优选为2-50mPas。
最后，可能使用如下的氧化铝分散体，其中
a)氧化铝含量为60-85重量％，
b)其中细部分和粗部分的重量比为10∶90到80∶20，
c)以聚集方式存在的细部分的粒径分布d50为60-100nm和BET表面积为40-130m2/g，优选为60-100m2/g，和
d)以分离的个体颗粒存在的粗部分的粒径分布d50为300-1000nm。
本发明还提供可通过本发明的方法获得的陶瓷元件。这些陶瓷元件包括，例如，滑块板，浸没出口，砖，插头，冲洗锥体，阴影管，出口喷嘴，膜，隔热材料和隔热板。

Claims (16)

1.多孔陶瓷元件的渗入方法，其特征在于
使用分散体，所述分散体含有金属氧化物颗粒，且所含的金属氧化物的含量为基于分散体重量的至少30重量％，其中所述金属氧化物颗粒的粒径分布d50为不大于200nm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
所述金属氧化物颗粒的粒径分布d95不大于250nm，优选不大于200nm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于
所述金属氧化物颗粒以至少部分聚集的方式存在。
4.多孔陶瓷元件的渗入方法，其特征在于
使用如下的分散体：
a)所述分散体具有的金属氧化物含量为基于分散体重量的至少30重量％，
b)所述分散体包括在各情况下一种或多种金属氧化物的粗颗粒部分和细颗粒部分，
b1)所述细颗粒部分的粒径分布d50不大于200nm，优选50-100nm，和
b2)所述粗颗粒部分的粒径分布d50为0.3-5μm，优选0.5-3μm，和
b3)所述细颗粒部分对所述粗颗粒部分的重量比为10∶90到80∶20。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于
所述金属氧化物颗粒选自氧化铝、氧化钙、氧化铬、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化钇、上述金属氧化物的混合氧化物、和上述金属氧化物的物理混合物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于
所述分散体不含有粘合剂。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于
所述分散体含有润湿剂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于
所述分散体的pH为2-12。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于
所述渗入通过浸涂、蘸涂、刷涂、喷涂和/或真空-压力渗入方法而实现。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
所述分散体具有：
a)作为金属氧化物颗粒的聚集的二氧化钛颗粒，所述的聚集的二氧化钛颗粒具有
a1)BET表面积为20-100m2/g，和
a2)二氧化钛含量为基于分散体重量的35-45重量％
b)pH为5-7，和
c)20℃和剪切率为100s-1下的粘度小于1000mPas。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
所述分散体
a)含有作为金属氧化物颗粒的聚集的氧化铝颗粒，所述聚集的氧化铝颗粒具有
a1)BET表面积为40-130m2/g，和
a2)其含量为基于分散体重量的30-40重量％，和
b)pH为3-5，和
c)20℃和剪切率为100s-1下的粘度为小于500mPas。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
所述分散体
a)含有作为金属氧化物颗粒的聚集的氧化铝颗粒，所述聚集的氧化铝颗粒具有
a1)BET表面积为40-130m2/g，和
a2)其含量为基于分散体重量的35-55重量％，和
b)pH为6-9，和
c)20℃和剪切率为100s-1下的粘度为小于500mPas。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
所述分散体
a)含有作为金属氧化物颗粒的聚集的氧化铝颗粒，所述聚集的氧化铝颗粒具有
a1)BET表面积为40-130m2/g，和
a2)其含量为基于分散体重量的55-65重量％，和
b)一种或多种至少二元的羟基羧酸或其盐溶解在所述的分散体中，和至少一种磷酸氢二碱金属盐和/或磷酸二氢碱金属盐，在各情况下各自独立地在特定的氧化铝表面有0.3-3×10-6mol/m2的量，和
c)pH为6-10，和
d)20℃和剪切率为100s-1下的粘度为小于2000mPas。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
所述分散体
a)含有作为金属氧化物颗粒的聚集的二氧化锆颗粒或稳定的二氧化锆颗粒，所述颗粒具有
a1)BET表面积为20-70m2/g，
a2)其含量为基于分散体重量的45-55重量％，和
b)pH为8-11，和
c)20℃和剪切率为100s-1下的粘度为小于500mPas。
15.根据权利要求4所述的方法，其特征在于
所述分散体是氧化铝分散体，所述氧化铝分散体具有
a)氧化铝含量为60-85重量％，
b)其中细部分和粗部分的重量比为10∶90到80∶20，
c)以聚集方式存在的细部分的粒径分布d50为60-100nm和BET表面积为40-130m2/g，优选为60-100m2/g，和
d)以分离的个体颗粒存在的粗部分的粒径分布d50为300-1000nm。
16.根据权利要求1至15中任一项的方法得到的陶瓷元件。
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