CN106132905A - 陶瓷氧化物主体、其制造方法以及玻璃板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷氧化物主体。该陶瓷氧化物主体可包含熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末。

Description

陶瓷氧化物主体、其制造方法以及玻璃板的制造方法
与相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年3月27日提交的美国临时申请序列号61/970974的优先权，本申请以该文为基础，该文的内容通过引用全文纳入本申请。
技术领域
本发明涉及一种陶瓷氧化物主体、制造陶瓷氧化物主体的方法以及制造玻璃板的方法。
背景
氧化铝材料被用作各种应用的耐火材料。氧化铝通常具有相对较高的热导率(在20℃下测量时约为40W/m·K)。然而，尽管热导率是一种固有属性，但氧化铝的热导率还可取决于本领域普通技术人员已知的外部参数，例如但不限于孔隙率、晶粒尺寸和缺陷的密度。
例如，对于密实的氧化铝，其热导率高，但热冲击性能和切削性不佳。另外，对多孔氧化铝的成形和加工会更加容易，只要该氧化铝的孔隙率不低至会对耐火材料的机械完整性产生不利影响。然而，多孔氧化铝的热导率通常低。氧化铝的热导率还会受到纯度的影响。
发明概述
下文对本发明进行了简单的小结，以提供对于详述中所描述的一些示例性的方面的基本理解。
在本发明的第1方面中，一种陶瓷氧化物主体包含熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末。
在第1方面的一个例子中，熔化的氧化铝粉末占陶瓷氧化物主体的约10重量％～约50重量％。
在第1方面的另一个例子中，细氧化铝粉末占陶瓷氧化物主体的约10重量％～约50重量％。
在第1方面的另一个例子中，熔铸氧化铝粉末具有约44微米～约700微米范围内的粒径分布。
在第1方面的另一个例子中，陶瓷氧化物主体具有约11.4％～约21.3％范围内的孔隙率。
在第1方面的另一个例子中，陶瓷氧化物主体在200℃下具有约10W/m·K～约14.5W/m·K范围内的热导率。
在第1方面的另一个例子中，陶瓷氧化物主体在1200℃下具有约4W/m·K～约5.81W/m·K范围内的热导率。
在第1方面的另一个例子中，成形装置包括陶瓷氧化物主体。
第1方面可被单独提供，或者以与上述第1方面的一个例子或例子的任意组合的组合形式被提供。
在第2方面中，一种陶瓷氧化物主体的制造方法包括以下步骤：对一种混合物进行批处理，所述混合物包含熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末；使混合物成形；以及烧制成形的混合物以形成陶瓷氧化物主体。
在第2方面的一个例子中，熔铸氧化铝粉末占陶瓷氧化物主体的约50重量％～约99.5重量％。
在第2方面的另一个例子中，细氧化铝粉末占陶瓷氧化物主体的约10重量％～约50重量％。
在第2方面的另一个例子中，熔铸氧化铝粉末具有约44微米～约700微米范围内的粒径分布。
在第2方面的另一个例子中，陶瓷氧化物主体具有约11.4％～约21.3％范围内的孔隙率。
在第2方面的另一个例子中，陶瓷氧化物主体在200℃下具有约10W/m·K～约14.5W/m·K范围内的热导率。
在第2方面的另一个例子中，陶瓷氧化物主体在1200℃下具有约4W/m·K～约5.81W/m·K范围内的热导率。
在第2方面的另一个例子中，混合物通过选自以下组中的方法来成形：注浆成形、干压、冷等静压、热压、热等静压、注塑和流延成形。
在第2方面的另一个例子中，烧结在约1550℃～约1650℃之间进行。
第2方面可被单独提供，或者以与上述第2方面的一个例子或例子的任意组合的组合形式被提供。
在第3方面中，一种玻璃板的制造方法包括使用陶瓷氧化物主体形成玻璃板，所述陶瓷氧化物主体包含熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末。
在第3方面的一个例子中，陶瓷氧化物主体的至少一部分从加热块体获得热能。
在第3方面的另一个例子中，陶瓷氧化物主体具有约11.4％～约21.3％范围内的孔隙率。
第3方面可被单独提供，或者以与上述第3方面的一个例子或例子的任意组合的组合形式被提供。
附图简要说明
参照附图，阅读以下详细描述，可以更好地理解本发明的这些方面、特征和优点以及其他的方面、特征和优点，其中：
图1是图示一种玻璃成形设备的一个例子的示意图，该设备包括本发明的一种示例性实施方式的成形装置；
图2是成形装置沿着图1中的线2-2的截面放大透视图；
图3是成形装置沿着图1中的线2-2的截面放大前视图；
图4是图示陶瓷氧化物主体的制造方法中的示例性步骤的流程示意图；以及
图5是图示玻璃板的制造方法中的示例性步骤的流程示意图。
发明详述
在此将参照附图更完整地描述各实施例，附图中给出了示例性实施方式。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。但是，本发明的不同方面能够以多种不同的形式实施，从而不应被理解成受限于本文提出的实施方式。
本文所用的术语仅仅用来描述具体的实施方式，而不是用于限制本发明。如本文中所用，单数形式的“一个”、“一种”和“该”也包括复数的指代物，除非文本中有另外的明确表示。还应当理解的是，用在本说明书中的术语“包含”和/或“包括”表示存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或加入一种或多种其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的情况。还应当理解的是，术语“粉末”不意味着只存在一种粉末。相反，术语“粉末”应被理解为以聚集形态存在的多种粉末。本文中，认为“粉末”和“颗粒”具有相同的特征。例如，粒径分布中的术语“粒”被理解为与“粉”径分布实质上相同。术语“玻璃带”是指由成形装置拉制得到的玻璃，并且具有足够低的粘度以改变玻璃厚度。术语“玻璃板”是指由成形装置制造的玻璃，具有相比于“玻璃带”更大的粘度，以使玻璃板的厚度无法被进一步改变。还应当理解的是，“细氧化铝粉末”中的术语“细”应结合“熔铸氧化铝粉末”来理解，所述熔铸氧化铝粉末总体上具有比细氧化铝粉末更大的粉末尺寸。
出于本讨论的目的，“COB”代表在1580℃下对经过完全干燥的主体进行10小时烧制后所得到陶瓷氧化物主体。
图1图示了对用于之后加工成玻璃板的玻璃带103进行熔合拉制的玻璃成形设备101的示意图。图示的玻璃成形设备101包括熔合拉制装置，尽管在其它例子中可提供其它熔合成形设备。玻璃成形设备101可包括配置成用于从储料仓109接收批料107的熔融容器(或熔炉)105。批料107可通过用电动机113驱动的批料输送装置111来引入。可选的控制器115可配置成用于激活电动机113，从而将所需量的批料107引入熔融容器105中，如箭头117所示。可使用玻璃金属探针119来测量竖管123内玻璃熔体(或熔融玻璃)121的液位，并且通过通信线路125将测量到的信息传递至控制器115。
玻璃成形设备101还可包括澄清容器127(例如澄清管)，所述澄清容器127位于熔融容器105的下游，并且通过第一连接管129与熔融容器105流体相连。混合容器131(例如搅拌室)还可位于澄清容器127的下游。输送容器133(例如钵形料筒)可位于混合容器131的下游。如图所示，第二连接管135可将澄清容器127连接至混合容器131，第三连接管137可将混合容器131连接至输送容器133。如图进一步所示，可放置下导管139以将玻璃熔体121从输送容器133输送至成形装置143的入口141。如图所示，熔融容器105、澄清容器127、混合容器131、输送容器133和成形装置143都是玻璃熔体处理工位的例子，这些玻璃熔体处理工位可沿着玻璃成形设备101串联设置。
熔融容器105可由诸如耐火砖(如陶瓷砖)这样的耐火材料制造。玻璃成形设备101还可包括通常由铂或含铂金属例如铂-铑、铂-铱及其组合制成的部件，但是这些部件还可包含例如以下的难熔金属：例如钼、钯、铼、钽、钛、钨、钌、锇、锆以及它们的合金和/或二氧化锆或氧化铝。含铂部件可包括第一连接管129、澄清容器127(例如澄清管)、第二连接管135、竖管123、混合容器131(例如搅拌室)、第三连接管137、输送容器133(例如钵形料筒)、下导管139和进口141中的一种或多种。成形装置143由陶瓷材料(例如耐火材料)制成，并且设计成用以形成玻璃带103。
玻璃成形设备101还可包括一种或多种如图1和2示意性图示的加热模块151。加热模块151可位于各种位置以向玻璃成形设备101的一部分以热能的形式提供热量，以间接加热玻璃带，并且/或者被放置以直接加热玻璃带。例如，加热模块151可包括配置成加热边缘引导件223的边缘引导件加热模块153a、153b(参见图2)，以对通过边缘引导件223的玻璃带103的边缘进行间接加热，并且/或者对通过边缘引导件的玻璃带的边缘进行直接加热。在这些例子中，边缘引导件加热模块153a、153b可独立工作以在每个边缘引导件处提供所需的加热。
如图1所示，在另一些例子中，一系列加热模块155a～e可沿着加热轴间隔配置，以对经过拉制的玻璃带进行直接加热。在这些例子中，加热模块155a～e可独立工作，以沿着加热轴提供所需的热量分布，以对通过该加热轴的玻璃带的横向范围进行合适的加热。
因此，在一些例子中，一个或多个加热模块151可位于成形装置143的附近，以向成形装置143的一部分和/或由成形装置143拉制的玻璃带直接或间接地提供热辐射。在另一个例子中，一个或多个加热模块151可位于任何玻璃熔体工位的附近，例如熔融容器105、澄清容器127、混合容器131或输送容器133的附近。在另一种情况中，一个或多个加热模块151可向熔融玻璃121提供热量。
图2是成形装置143沿着图1的线2-2的截面放大透视图。如图所示，成形装置143可包括至少部分由一对堰限制的槽201，所述堰包含限制槽201的相对侧面的第一堰203和第二堰205。成形装置143还可包括成形楔211，所述成形楔211包含一对在成形楔211的相反端部之间延伸且向下倾斜的成形表面部分213、215。这对向下倾斜的成形表面部分213、215沿着下游方向217会聚，以形成根部219。拉制平面221延伸通过根部219，其中，可沿着拉制平面221在下游方向217上对玻璃带103进行拉制。如图所示，拉制平面221可在根部219处对开，虽然拉制平面221也可沿着相对于根部219的其他方向延伸。
可任选地使成形装置143具有一个或多个边缘引导件223，所述边缘引导件223与这对向下倾斜的成形表面部分213、215中的至少一个交叉。在另一些例子中，一个或多个边缘引导件可与向下倾斜的成形表面部分213、215的两者都交叉。在另一些例子中，可将边缘引导件置于成形楔211的每一个相反端部处，其中，玻璃带103的边缘由溢出边缘引导件233的熔融玻璃形成。例如，如图2所示，可将边缘引导件223置于第一相反端部225处，而将完全相同的第二边缘引导件(未在图2中示出)置于第二相反端部处227(参见图1中的223)。各边缘引导件223可配置成与向下倾斜的成形表面部分213、215都交叉。可使各边缘引导件223基本上彼此相同，虽然在另一些例子中，边缘引导件也可具有不同的特征。可根据本发明的一些方面使用各种成形楔和边缘引导件配置。例如，本发明的一些方面可使用美国专利号3451798、美国专利号3537834和/或美国专利号7409839中披露的成形楔和边缘引导件结构，这些文献分别通过引用全文而结合入本文。
图3图示了成形装置143沿着图1的线2-2的示例性的截面图，其中图示了加热模块151相对于玻璃成形设备101的示例性位置。如图3所示，加热模块151可包括至少一个长形电阻加热元件251。电阻加热元件251可为长形电阻加热元件，其被可控地弯曲或缠绕以包含多个加热区段和连接区段。从玻璃成形设备101的角度观察，电阻加热元件251可包括局部加热区域。电阻加热元件251可被安装至安装块229上，尽管该加热元件251也可在其它例子中被安装至其它结构上或者独立存在。或者，电阻加热元件251的一部分可部分或全部被安装块229或其它结构封装、套嵌或接收。例如，可将整个电阻加热元件251封装入腔室内或嵌入(例如包封在)安装块229中，以通过安装块向目标区域传递热量。
可将加热模块151置于目标表面的附近，例如置于成形装置143的两侧(参见图2)。如图所示，可放置每个加热模块151，以使电阻加热元件251的区段255以基本上平行于拉制平面221的方式延伸。在另一个例子中，可将加热模块151以一个角度放置，以使区段255以基本上平行于各自的目标成形表面部分213、215的方式延伸。虽然未在图中显示，但在其它例子中，可根据加热方式确定加热模块151的取向，以使区段255以一个相对于目标表面的角度延伸。然而，确定基本上平行于目标表面的取向可有助于热量沿着加热模块的整个目标加热轨迹均匀分布。可基于所需的目标表面温度、加热模块151的总加热功率或本领域普通技术人员在确定加热模块151与目标表面之间的距离方面已知的任何方法，来确定加热模块151与目标表面之间的距离。
成形装置143可具有一个或多个耐火块体261。可将耐火块体261置于成形装置143与电阻加热元件251之间，以在向目标表面辐射热能之前从电阻加热元件获得热能。耐火块体261可与加热元件251接触，以部分或全部接纳电阻加热元件251的至少一部分。或者，可将耐火块体261放置于距离电阻加热元件251的预定间隔处。耐火块体261可与加热模块151或安装块体229相联。或者，可将耐火块体261以独立于加热模块151或安装块体229的方式放置。
可在玻璃带的制造处理过程中使耐火块体261周期性地暴露于高温或低温的极端环境中。在一个例子中，在玻璃带的成形处理过程中，可将电阻加热元件251在约600℃～约800℃之间加热一段预定时间，以控制沿下游方向217流动的玻璃带103的粘度。可基于沿下游方向217流动的玻璃带103在玻璃成形处理过程中所需的粘度来确定电阻加热元件251的工作时间。
电阻加热元件251随后可关闭一段预定的时间，这取决于玻璃带103的流动特性。还可使置于电阻加热元件251附近并被来自于电阻加热元件251的热能加热的耐火块体261冷却至接近室温。如此一来，通过耐火块体261在高温和低温之间的反复循环，耐火块体材料261可因不均匀的尺寸变化和相应的累积应力而破裂。也就是说，辐射自电阻加热元件251的热能需要以最小的热能损失和最短的时间延迟穿过耐火块体到达成形装置143的一部分或玻璃带103。
结果是可将耐火块体261构建成具有某些常规的特征和性质。例如，可将耐火材料261构建成对于在玻璃成形处理中发生的连续热循环具有一定的耐热冲击性。另外，可将耐火块体261构建成当暴露于升高了的温度下时具有一定的热导率。另外，可构建耐火块体261，以允许辐射自电阻加热元件251的热能以更低的热量损失和时间延迟穿过耐火块体261到达成形装置143的一部分或玻璃带103。
成形装置143的耐火块体261可包括多个COB。这些COB可包括熔铸耐火材料。例如，熔铸耐火材料可通过以下方式形成：在电弧炉或其它高温炉中，将某些精制原材料加热至超过这些原材料中所包含的陶瓷氧化物的熔融温度(即，1900℃～2500℃附近，这取决于材料的组成)直至这些精制的粗氧化物材料完全熔化。然而，本文所述的实施方式不局限于此，且可包括本领域普通技术人员已知的任何用于形成熔铸耐火材料的方法。然后可使精制的粗氧化物材料的熔体冷却形成所述的形状和尺寸。例如，可将熔体倒入具有所需形状和尺寸的模具中，并使其逐渐固化以得到具有所需形状和尺寸的熔铸块体。
COB可包括熔铸氧化铝粉末。因其耐热冲击性和热导率特征，熔铸氧化铝就像其它熔铸耐火材料一样可用于耐火应用(例如但不限于耐火块体261)以及本领域普通技术人员已知的应用于玻璃成形炉或炼钢炉中的其它用途。例如，熔铸氧化铝粉末可占COB的约50重量％～约99.5重量％，但并不局限于此。另外，熔铸氧化铝粉末可具有约44微米～约700微米的粒径分布，但并不局限于此。
尽管本文所述的COB被描述成包含熔铸氧化铝粉末，但是本文所述的实施方式并不局限于此。取决于原材料的组成，可使用多种不同的熔铸耐火材料。例如，可在玻璃熔炉和/或炼钢炉中使用熔铸氧化铝(Al2O3)、熔铸氧化锆(ZrO2)、熔铸氧化铝-氧化硅-氧化锆(Al2O3-SiO2-ZrO2)或熔铸氧化铝-氧化锆(莫来石，3Al2O3·2SiO2)。
除了熔铸氧化铝粉末以外，COB还可包含细氧化铝粉末和氧化钛粉末，尽管并不受此所限。例如，COB可具有约11.4％～约21.3％的孔隙率。COB的孔隙率可用于减少将COB加工成所需形状所需要的总时间，因为高孔隙率与松散的结构相对关联。另外，COB可在200℃下具有约10W/m·K～约14.5W/m·K范围内的热导率，或在1200℃下具有约4W/m·K～约5.81W/m·K范围内的热导率。同样，COB的热导率可等于或大于100％的熔铸氧化铝的热导率。
图4中所绘的流程图图示了COB的制造方法的一个例子。应当理解的是，图4中所描述的步骤顺序只是用作例示，而不旨在以任何方式限制本方法，同时应当理解这些步骤可以不同的逻辑顺序进行，并可包括附加或中间的步骤，或者所描述的步骤可被分成多个步骤而不会使本发明减损。
图4中所例示的示例性方法可始于401，即对包含熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末的混合物进行批处理。具有所需的粒径分布的熔铸氧化铝粉末可通过研磨熔铸氧化铝块料来制备。混合物还可包含但不限于分散剂、粘合剂或水，这取决于所选择的陶瓷形成方法。
在402中，可使混合物成形。可通过多种陶瓷成形方法中的至少一种使混合物成形为具有预定形状和尺寸的主体。预定形状可包括但不限于立方体、长方体、平板、砖块状，或在使制造COB的混合物成形中所使用的本领域普通技术人员已知的任何形状。
陶瓷成形方法可包括但不限于注浆成形、流延成形、干压、冷等静压(CIP)、热压、热等静压(HIP)、注塑，或本领域普通技术人员已知的任何成形方法，在这些方法中，通过外力将陶瓷粉末压紧在一起以形成具有预定形状和尺寸的主体。在这些成形方法中，注浆成形可利用模具将粉浆铸成所需且可能复杂的形状。可使用流延成形或本领域普通技术人员已知的其它相似的方法来制造相对较薄的COB。可使用CIP、HIP或本领域普通技术人员已知的其它相似的方法来制造高密度的COB。
取决于使混合物成形的方法，可对成形的混合物进行干燥。例如，可在常温下对通过注浆成形、流延成形或本领域普通技术人员已知的相似方法成形的混合物进行约数小时至约数天的干燥。
另一方面，不含水或任何液体型分散剂的混合物在成形后可能不需要进行干燥。例如，在干压的场合下，可不向混合物添加分散剂、粘合剂和水。在另一个例子中，可将诸如聚乙烯醇(PVA)这样的粘合剂与氧化物粉末混合以通过干压使混合物成形为所需形状。在另一个例子中，对于注浆成形或流延成形，可向混合物添加诸如酒石酸这样的分散剂、诸如HV这样的粘合剂和/或水以，在注浆成形或流延成形过程中提供某些流变性质。
尽管提到PVA、酒石酸和HV可作为分散剂和粘合剂在混合物的成形中使用，但本文所述的实施方式并不局限于此。例如，可选择本领域普通技术人员已知的其它分散剂和粘合剂来代替PVA、酒石酸和HV以使混合物成形。
在403中，可对成形的混合物进行烧制以形成COB。在使混合物成形之后，可随后在预定温度下对成形的混合物进行预定时间的烧制以形成COB。可基于成形的混合物的组成来选择最高烧制温度。在一个例子中，可在约1500℃～约1680℃的最高温度下对包含熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末的成形的混合物进行约10小时的烧制以形成COB。在另一个例子中，烧制可在约1550℃～约1650℃之间进行。
在COB通过烧制成形的混合物而形成之后，可测量COB的物理性质。物理性质可包括孔隙率、中值孔径、堆积密度和热导率。COB的孔隙率和中值孔径可通过汞孔隙率计来测量。为了确定COB的堆积密度，可测量COB的高度、宽度和深度以确定COB的体积。可测量COB的重量，从而能够确定COB的堆积密度。热导率可利用激光闪光法测量，该方法基于对薄盘试样背面的温度的测量，该温度因提供至试样正面的短暂的能量脉冲而上升。热导率可基于热扩散、比热和样品密度来确定。在一个例子中，热导率可在200℃和1200℃这两个不同的温度下确定，以分析热导率对温度的依赖性。
图5是图示玻璃板的制造方法中的示例性步骤的流程示意图。与图4相似，应当理解的是，图5中所描述的步骤顺序只是用作例示，而不旨在以任何方式限制本方法，同时应当理解可包括附加或中间的步骤，或者所描述的步骤可被分成多个步骤而不会使本发明减损。
图5的方法可包括501，即，使用包含熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末的COB来形成玻璃板。如上所述，在玻璃板的制造过程中，通常希望对玻璃熔体和/或玻璃带的粘度进行控制，因为玻璃熔体和/或玻璃带的粘度与玻璃带和/或玻璃板的厚度直接相关。通常，粘度高的玻璃带会导致较厚的玻璃带，而粘度低的玻璃带则会导致较薄的玻璃带。
如在对图2和3进行讨论时所阐述的，玻璃带的粘度和厚度可通过间接加热玻璃成形设备101的一部分来控制，或者通过直接加热流过成形装置143的玻璃带来控制。
可放置包括多个COB的耐火块体261以使耐火块体261的COB的至少一部分能够从电阻加热元件251中获得热能。从加热模块151获得的热能可从耐火块体261的表面向玻璃成形设备101或玻璃带103的至少一部分再次辐射，这取决于耐火块体261相对于成形装置143或玻璃带103的位置。耐火块体261的陶瓷氧化物主体可具有高热导率，以降低从电阻加热元件251至玻璃成形设备101或玻璃带103的导热路径中热能的损失。
应当理解的是，从电阻加热元件251直接辐射的热能因为电阻加热元件251的局部加热区域而不会被均匀地供给至玻璃成形设备101或玻璃带103。然而，耐火块体261的COB可具有形成均匀加热区域所需的热导率，在所述加热区域中，可实现对玻璃成形设备101或玻璃带103的均匀加热。耐火块体261的COB的热导率还能够降低玻璃成形设备101或玻璃带103上的局部温度梯度。
实施例
出于本讨论的目的，应当理解的是，尺寸相对较小的陶瓷粉末可填补由相对较大的粉末形成的间隙，以增加成形的混合物的密度，以及相应地增加烧制后COB的密度。相反，可使用具有超过一种粒径分布的陶瓷粉末来实现所需的密度。
另外，细氧化铝粉末可通过其自身或以与一种或多种其它氧化物粉末结合的方式在升高了的温度下的烧制过程中起到烧结助剂的作用，以使成形的COB具有所需的机械完整性和所需的受控的孔隙率。
另外，氧化钛粉末可单独或以与诸如细氧化铝粉末这样的其它氧化物粉末结合的方式在烧制过程中起到熔铸氧化铝粉末的烧结助剂的作用。例如，取决于氧化物粉末的纯度和组成，可在例如但不限于等于或大于约1500℃的升高了的温度下形成液相。包含氧化铝和氧化钛中的至少一种的液相可扩散通过粉末的边界以将多种粉末熔合成一个主体。
而且，各个粉浆的粘度可取决于固体氧化物粉末、粘合剂、分散剂和水之间的相对比例。通常，当固体氧化物的相对量高时，粉浆经过球磨后的粘度可能高。
在该实施例中，利用注浆成形法由熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末、氧化钛粉末、粘合剂、分散剂和水来制备COB。对于熔铸氧化铝粉末，使用了具有不同粒径分布的三种熔铸氧化铝粉末。为了得到具有不同粒径分布的熔铸氧化铝粉末，将熔铸氧化铝块料研磨成粉末。在该实施例中，对尺寸为28目的熔铸氧化铝粉末(最大粒径约为700μm)、60目的熔铸氧化铝粉末(最大粒径约为250μm)和325目的熔铸氧化铝粉末(最大粒径约为44μm)进行称重并计算，结果示于表1。
表1-用于具有高热导率的多孔氧化铝的粉浆组成
表1(续)
各个粉浆所用材料的相对量示于表1。各个粉浆中粘合剂、分散剂和水的相对量以所有氧化物粉末(即熔铸氧化铝粉末28、熔铸氧化铝粉末60、熔铸氧化铝粉末325、细氧化铝325、细氧化铝3000和氧化钛)的量为基准表示，以使各个粉浆的材料总量被调节至100重量％。使用具有不同的粒径分布的熔铸氧化铝粉末来控制COB的密度。表1中所有的粉浆组成中的熔铸氧化铝粉末都占到包括熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末的所有氧化物粉末的约50重量％(粉浆F)～约99.5重量％(粉浆A和D)。
向熔铸氧化铝粉末中添加预定量的细氧化铝粉末。使用了两种具有不同粒径分布的细氧化铝粉末：尺寸为325目的细氧化铝325(最大粒径约为44μm)和平均粒径为1μm的细氧化铝3000。将这两种不同的细氧化铝粉末中的至少一种与熔铸氧化铝粉末混合使用。
细氧化铝粉末的尺寸一般小于熔铸氧化铝粉末的尺寸。如上所述以及如本实施例所示，更小的细氧化铝粉末填补了形成于粉浆中的熔铸氧化铝粉末之间的间隙，以在注浆成形过程中保持混合物的密度。在一种抑制扭曲或断裂的尝试中，在注浆成形过程中，通过保持密度大于阈值来将混合物成形在石膏模具上。
对于一些粉浆(粉浆A和D)，细氧化铝并未包含在内，而粉浆G、H、I和J只包含了一种类型的细氧化铝粉末：细氧化铝3000。对于粉浆B、C、E和F，两种不同类型的细氧化物粉末(即，细氧化铝325和细氧化铝3000)被添加至熔铸氧化铝粉末中。在含有细氧化铝的粉浆中，相应的氧化物粉末的至少5重量％由细氧化铝粉末组成。在一个实施例中，细氧化铝粉末的量占包括熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末的所有氧化物粉末的约10重量％～约50重量％。例如，如表1所述，注浆成形法的细氧化铝粉末的量为约12.5重量％～约50重量％。
还添加了预定量的平均粒径为1μm的氧化钛粉末以形成混合物。虽然本实施例中所包含的粉浆中的氧化钛粉末的量等于约0.6重量％，但本文中的实施方式并不局限于此。例如，粉浆中所包含的氧化钛粉末可为COB的0.1重量％～约10重量％。或者，粉浆中所包含的氧化钛粉末可为COB的0.1重量％～约5重量％。
对各个材料进行称重并随后在球磨机中进行均匀混合。还将预定量的高纯度氧化铝球珠放入球磨机中以对材料进行均匀地混合。球磨时间的范围从数小时至数天。
在对材料进行球磨之后，材料呈粘稠的粉浆状。然后将粉浆倒入具有所需形状和几何尺寸的石膏模具中。应当注意的是，虽然在本实施例中使用了石膏模具，但可使用塑料模具或本领域普通技术人员已知的任何其它模具。
粉浆在石膏模具中停留一段预定的时间，从而在石膏模具的内壁中形成湿固体主体。随后，通过将石膏模具中的粉浆倒出石膏模具之外来回收多余的粉浆。使形成于石膏模具的内壁中的湿固体层在石膏模具中停留约数小时，直至湿固体主体至少被部分干燥以形成部分干燥的固体主体。随后，使部分干燥的固体主体与石膏模具分离，并在大气中对其进行约超过24小时的干燥以形成完全干燥的固体主体。
将完全干燥的固体主体置于高温炉中以按照表2所示的烧制程序进行烧制，以从完全干燥的固体主体中基本上烧除并除去所有的挥发性材料，例如粘合剂、分散剂和水，得到了包含熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末的COB。
表2.烧制程序
应当注意的是，烧制可使用本领域普通技术人员已知的任何合适的方法来完成或进行，并且并不局限于以上表2中所提供的烧制程序。而且，还应当注意的是，以上表2中所提供的烧制程序可根据本领域普通技术人员的知识而改变。例如，步骤3的最高温度可被控制在低于约1700℃，该温度低于氧化铝的熔融温度(约2072℃)和氧化钛的熔融温度(约1843℃)。另外，表2中步骤3的最高温度可在约1500℃～约1680℃之间变化。步骤2和步骤4的升温速率也可在约20℃/分钟～约70℃/分钟之间变化。
在按照烧制程序对完全干燥的主体进行烧制以形成COB之后，测量COB的物理性质。所选择的COB的性质总结于表3。另外，表3中的“COB E”是指由表1中的粉浆E制造的COB，以此类推。
表3-COB的性质
将普遍用于耐火块体中的本领域普通技术人员已知的商品级100％熔铸氧化铝主体用作表3中的对照例，以将它的物理性质与由所选择的粉浆制得的COB的物理性质相比较。
测得对照例的孔隙率约为16.7％。多个由所选择的粉浆制成的COB具有11.4％～约21.3％范围内的孔隙率。例如，对由粉浆G和I制成的COB实现了21.3％的孔隙率。另外，多种参数似乎对COB的孔隙率有贡献，而至少细氧化铝粉末的相对量似乎对COB的孔隙率有影响。在一个例子中，比COB G和I具有更多细氧化铝粉末的COB C、F、H和J分别呈现出相对较低的孔隙率：13.4％、11.4％、14.5％和15.9％。改变细氧化铝粉末之间的相对量，即，粉浆B和H中的325和3000导致了不同的孔隙率：COB B的15.8％和COB H的14.5％。在测量孔隙率的COB中，COB E、G和I的孔隙率等于或大于对照例的孔隙率。
关于热导率，几乎所有被选择进行热导率测量的COB(B、C、E、F、H、I和J)都呈现出与对照例的热导率相当或更大的热导率。当在1200℃下进行测量时，只有COB G呈现出比对照例的热导率更小的热导率。同样，可以推断的是，利用注浆成形且具有与对照例的热导率相当或更大的热导率的COB在辐射热能时的热能损失相比于对照例的热能损失更低。COB I的总体性能与用作对照例的100％熔铸氧化铝耐火材料相同。通常，COB的制造成本低于对照例的制造成本。
尽管本文所述的COB一般是基于包含熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末的COB，但本文所述的实施方式并不局限于此，因为COB可能包含本领域普通技术人员已知的其它陶瓷氧化物材料。例如，COB可包含熔铸氧化锆(ZrO2)粉末和细氧化锆粉末。另外，可将包括但不限于氧化铝、氧化铜、氧化锰中的至少一种陶瓷氧化物作为烧结助剂添加至熔铸氧化锆粉末和细氧化锆粉末中。另外，COB可包含熔铸莫来石粉末和细莫来石粉末。在另一个例子中，COB可包含熔铸氧化铝-氧化硅-氧化锆(Al2O3-SiO2-ZrO2)粉末以及细氧化铝、氧化硅和氧化锆中的一种。
可对具有上述组成的陶瓷氧化物进行批处理以形成混合物，随后对其进行烧制以形成COB。还可向批料中添加至少一种陶瓷氧化物以在升高了的温度下的烧制步骤中作为烧结助剂发挥作用。
可在不偏离所要求保护的主题的精神和范围的前提下，对本文所述的实施方式进行各种修改和改变。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离权利要求的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和变动。

Claims (20)

1.一种陶瓷氧化物主体，其包含熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末。
2.如权利要求1所述的主体，其特征在于，所述熔铸氧化铝粉末占所述陶瓷氧化物主体的约50重量％～约99.5重量％。
3.如权利要求2所述的主体，其特征在于，所述细氧化铝粉末占所述陶瓷氧化物主体的约10重量％～约50重量％。
4.如权利要求1所述的主体，其特征在于，所述熔铸氧化铝粉末具有约44微米～约700微米范围内的粒径分布。
5.如权利要求1所述的主体，其特征在于，所述陶瓷氧化物主体具有约11.4％～约21.3％范围内的孔隙率。
6.如权利要求1所述的主体，其特征在于，所述陶瓷氧化物主体在200℃下具有约10W/m·K～约14.5W/m·K范围内的热导率。
7.如权利要求1所述的主体，其特征在于，所述陶瓷氧化物主体在1200℃下具有约4W/m·K～约5.81W/m·K范围内的热导率。
8.一种成形装置，其包含权利要求1所述的陶瓷氧化物主体。
9.一种制造陶瓷氧化物主体的方法，所述方法包括以下步骤：
(I)对一种混合物进行批处理，所述混合物包含熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末；
(II)使所述混合物成形；以及
(III)烧制成形的所述混合物以形成陶瓷氧化物主体。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述熔铸氧化铝粉末占所述陶瓷氧化物主体的约50重量％～约99.5重量％。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述细氧化铝粉末占所述陶瓷氧化物主体的约10重量％～约50重量％。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述熔铸氧化铝粉末具有约44微米～约700微米范围内的粒径分布。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述陶瓷氧化物主体具有约11.4％～约21.3％范围内的孔隙率。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述陶瓷氧化物主体在200℃下具有约10W/m·K～约14.5W/m·K范围内的热导率。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述陶瓷氧化物主体在1200℃下具有约4W/m·K～约5.81W/m·K范围内的热导率。
16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述混合物通过选自以下组中的方法来成形：注浆成形、干压、冷等静压、热压、热等静压、注塑和流延成形。
17.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述烧制在约1550℃～约1650℃之间进行。
18.一种玻璃板的制造方法，所述方法包括使用陶瓷氧化物主体形成玻璃板，所述陶瓷氧化物主体包含熔铸氧化铝粉末、细氧化铝粉末和氧化钛粉末。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述陶瓷氧化物主体的至少一部分从加热块体获得热能。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述陶瓷氧化物主体具有约11.4％～约21.3％范围内的孔隙率。
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