DE60110025T2

DE60110025T2 - Beschichtete Keramikteile und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE60110025T2
Application number: DE60110025T
Authority: DE
Inventors: Dale C. Milliken; William E. Bosken Jr.
Original assignee: Owens Brockway Glass Container Inc
Current assignee: Owens Brockway Glass Container Inc
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: DK1216975T3; BR0106230A; EE200100690A; AU9726901A; CO5300461A1; BR0106230B1; ZA200110356B; JP4098515B2; HU0105287D0; CA2365159C; CA2365159A1; SI1216975T1; EP1216975A2; HU225446B1; PT1216975E; AR031818A1; HUP0105287A2; EP1216975A3; EP1216975B1; US6656576B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft beschichtete Keramikteile der Art, wie sie bei der Herstellung von Artikeln aus Schmelzglas verwendet werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Teile. Spezieller bezieht, sich die vorliegende Erfindung auf die Beschichtung von Keramikteilen, die in Schmelzglas eingetaucht werden sollen oder teilweise eingetaucht werden sollen, um den Verschleiß der Schmelzglas-Kontaktoberflächen solcher Teile durch das Schmelzglas zu verzögern.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Herstellung von Glasartikeln aus einer Schmelzglaszusammensetzung, beispielsweise bei der Herstellung von Glasbehältern aus einer Natron-Kalk-Silikatglas-Schmelzglaszusammensetzung mittels einer Glasbehälterformungsmaschine des Einzelabschnitts(IS)-Typs werden verschiedene keramische Teile an Stellen verwendet, an denen die Teile in das Schmelzglas eingetaucht oder teilweise eingetaucht werden. Solche Teile sind ein keramischer Düsenring, wie er allgemein in US-A-4,950,321 (DiFrank) beschrieben ist, welcher in Schmelzglas eingetaucht wird, wobei dessen Oberseite in Kontakt mit dem Schmelzglas kommt, sowie keramische Glasflussregulierungsnadeln, wie sie mit dem Bezugszeichen 32 in US-A-5,660,610 (DiFrank et al.) bezeichnet sind, und ein keramisches Zufuhrrohr, wie es mit dem Bezugszeichen 80 in dem vorgenannten '610er Patent bezeichnet ist, die während ihrer Verwendung teilweise in Schmelzglas eingetaucht sind.
Schmelzglaszusammensetzungen, darunter Natron-Kalk-Silikat-Glaszusammensetzungen, wirken stark verschleißend auf die Arten von Keramikzusammensetzungen, die bei der Herstellung von Teilen verwendet werden, welche genutzt werden sollen, während sie in Schmelzglas eingetaucht oder teilweise eingetaucht sind, und dadurch wird ein häufiger Austausch solcher Keramikteile, beispielsweise Düsenringe, erforderlich, wobei typischerweise ein Austausch in Intervallen von 30 bis 60 Tagen in Abhängigkeit von der Glasfarbe und -temperatur erforderlich ist, und diese Intervalle sind bei hochproduktiven Anlagen kürzer.
Ein hochtemperaturbeständiger Artikel auf Silikatbasis mit verbesserter Korrosionsfestigkeit ist bereits aus EP-A-0,911,298 bekannt und umfasst Oxide von Cer, Zinn und Zirkonium. Das hochtemperaturfeste Material auf Silikatbasis wird mit einem Vorläufer imprägniert, welcher durch Energie in das schützende Material umgewandelt wird.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, keramische Teile mit verbesserter Haltbarkeit zur Verfügung zu stellen, welche genutzt werden sollen, während sie in Schmelzglas eingetaucht oder teilweise eingetaucht sind, und zwar bei der Herstellung von Artikeln aus geschmolzenen Glas. Es ist außerdem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung von keramischen Glasherstellungsteilen zur Verfügung zu stellen, um die Standzeiten solcher Teile zu verlängern, trotzdem solche Teile genutzt werden sollen, während sie in Schmelzglas eingetaucht oder teilweise eingetaucht sind, welches auf solche keramischen Teile eigentlich hochgradig verschleißend wirkt.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 und 6 definiert. Es ist nun festgestellt worden, dass es möglich ist, die Standzeiten von keramischen Teilen, die genutzt werden, während sie in Schmelzglas eingetaucht sind, um nützliche Artikel aus dem Schmelzglas herzustellen, wesentlich zu erhöhen. Die Standzeiten der Keramikteile werden wesentlich erhöht, indem alle Schmelzglas-Kontaktoberflächen jedes Artikels mit zwei übereinander angeordneten Schichten beschichtet werden, wobei jede Schicht in einer recht dünnen Lage aufgebracht wird. Die innerste oder Grundschicht, welche Kontakt zu der Keramik hat, ist eine Schicht aus Kompositpulver, die aus einem Nickel-Chrom-Aluminium-Kobalt-Yttriumoxid-Kompositpulver besteht. Der mit der Grundschicht beschichtete Keramikteil wird dann weiter mit einer Pulverschicht beschichtet, die aus einem mit vorlegiertem Ceroxid-Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxid besteht. Es wird angenommen, dass die Grundschicht, welche als Bindeschicht für die Deckschicht dient, und die Deckschicht für jedes dieser beschichteten keramischen Teile mit dem keramischen Teil wechselwirken, nachdem sie erhitzt worden sind, wenn das Teil in der Produktion zur Anwendung kommt, sodass eine hochfeste, hochgradig beständige Beschichtung erzeugt wird. Eine solche Beschichtung erzeugt auch eine Wärmebarriere zwischen der Keramik und dem Schmelzglas, und diese Wärmebarriere schützt den Keramikteil, sodass der Wärmeschock für diesen reduziert wird und das Auftreten von Rissen vermindert wird.
Zum weiteren Verständnis der vorliegenden Erfindung und der Aufgaben derselben wird die Aufmerksamkeit auf die Zeichnung und die folgende kurze Beschreibung derselben, auf die detaillierte Beschreibung der Erfindung und auf die anhängenden Ansprüche gelenkt.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Zeichnungsansichten
1 ist ein Aufriss eines keramischen Düsenrings entsprechend der vorliegenden Erfindung im Querschnitt, welcher mit Hilfe des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, und zwar zur Verwendung in einem Glasherstellungsvorgang;
2 ist ein Aufriss eines keramischen Zufuhrrohrs entsprechend der vorliegenden Erfindung, teilweise im Querschnitt, das mittels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, und zwar zur Verwendung in einem Glasherstellungsvorgang; und
3 ist ein Aufriss einer keramischen Zuflussregulierungsnadel entsprechend der vorliegenden Erfindung, teilweise im Querschnitt, die mittels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, und zwar zur Verwendung in einem Glasherstellungsvorgang.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung
Ein entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellter Düsenring ist in 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Düsenring 10 besteht aus einem keramischen Element 12, das einen herkömmlichen Aufbau aufweisen kann, und ist dafür gestaltet, am Auslass einer Schmelzglas-Zufuhrwanne verwendet zu verwenden, die genutzt wird, um Schmelzglas durch Öffnungen 14, 16 in dem Düsenring 10 hindurch einer IS-Glasformungsmaschine zuzuführen. Somit ist der Düsenring 10 während seiner Standzeit in Schmelzglas eingetaucht, wobei sich dessen Oberseite in Kontakt mit dem Schmelzglas befindet.
Das keramische Element 12 des Düsenrings 10 wird auf jeder seiner Glaskontaktoberflächen mit zwei übereinander angeordneten Schichten 18, 20 versehen. Die innerste oder Grundschicht 18 ist eine Beschichtung, die aus einem Nickel-Chrom-Aluminium-Kobalt-Yttriumoxid-Kompositpulver besteht, das auf das keramische Element 12 in einer ungefähren Dicke von 0,0508 mm (0,002 Zoll) durch Plasmasprühen aufgebracht wird, und die Pulverbeschichtung Metco 461 des Unternehmensbereichs Metco der Perkin-Elmer Corporation mit Sitz in Westbury, Long Island, New York stellt ein geeignetes Beschichtungsmaterial zur Verwendung als Schicht 18 dar.
Das keramische Element 12 mit der auf diesem aufgebrachten Beschichtung 18 wird erneut beschichtet, diesmal mit einer Schicht 20, die auf die Außenseite der Schicht 18 auf dem keramischen Element 12 aufgebracht wird. Die Schicht 20 wird ebenfalls als Pulver durch Plasmabeschichtung aufgebracht und wird in einer ungefähren Dicke von 0,1524 mm (0,006 Zoll) aufgebracht. Ein mit vorlegiertem Ceroxid-Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid, wie etwa das, welches von dem Unternehmensbereich Metco von Perkin-Elmer unter der Bezeichnung Metco 205 NS zu beziehen ist, eignet sich zur Verwendung als Schicht 20. Die Broschüre von Metco für die Metco 205 NS-Beschichtung beschreibt die Aufbringung der Beschichtung mittels Plasma auf ein keramisches Element. Der Düsenring 10 mit den auf dem keramischen Element 12 desselben aufgebrachten Schichten 18, 20 wird ohne weitere Bearbeitung in einer Glaszufuhrwanne eingebaut. Es wird angenommen, dass die während des Plasmasprühens der Schichten (18 und 20) erforderliche Wärme eine Wechselwirkung zwischen dem keramischen Element 12 und der Grundschicht 18 und außerdem eine Wechselwirkung zwischen der Grundschicht 18 und der Schicht 20 ermöglicht. Diese Wechselwirkung zwischen dem keramischen Element 12, der Grundschicht 18 und der Schicht 20 erzeugt eine thermische Barriere, die das keramische Element schützt, um den Wärmeschock zu reduzieren, den dieses beim plötzlichen Aussetzen gegenüber Schmelzglas erleidet, und vermindert das Auftreten von Rissen in dem keramischen Element 12. Die Doppelbeschichtung 18, 20 des keramischen Elements 12 erhöht nicht nur die Verschleißfestigkeit des Düsenrings 10, trotzdem dieser in Schmelzglas eintaucht wird, sondern schützt auch jene Bereiche, die weniger keramische Masse aufweisen, wie etwa die (nicht gezeigten) Brückenbereiche des Düsenrings vor übermäßigen Wärmegradienten.
Ein entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestelltes Zufuhrrohr ist in 2 allgemein mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet. Das Zufuhrrohr 30 besteht aus einem ringförmigen keramischen Element 32, das einen herkömmlichen Aufbau aufweisen kann, und ist dafür gestaltet, mit seinem untersten Ende in Schmelzglas in einer Zufuhrwanne eingetaucht zu werden, welche genutzt wird, um Schmelzglas für eine IS-Glasformungsmaschine bereitzustellen. Somit ist das unterste Ende des Zufuhrrohrs 30 während dessen Standzeit in Schmelzglas eingetaucht.
Derjenige Teil des keramischen Elements 32, der in Schmelzglas eingetaucht wird, wird an allen seinen dem Schmelzglas ausgesetzten Oberflächen mit zwei übereinander angeordneten Schichten 34, 36 versehen. Die innerste oder Grundschicht 34 ist eine Beschichtung, die aus einem Nickel-Chrom-Aluminium-Kobalt-Yttriumoxid-Kompositpulver besteht, und diese Schicht wird auf den eingetauchten Teil des keramischen Elements 32 in einer ungefähren Dicke von 0,0508 mm (0,002 Zoll) durch Plasmasprühen aufgebracht. Die Pulverbeschichtung Metco 461 des Unternehmensbereichs Metco von Perkin-Elmer stellt ein geeignetes Beschichtungsmaterial zur Verwendung als Schicht 34 dar.
Der eingetauchte Teil des keramischen Elements 32 mit der auf diesem aufgebrachten Beschichtung 34 wird erneut beschichtet, und zwar mit der Schicht 36, die auf die Außenseite der Schicht 34 auf dem keramischen Element 32 aufgebracht wird. Die Schicht 36 wird ebenfalls als Pulver durch Plasmabeschichtung aufgebracht und wird in einer ungefähren Dicke von 0,1524 mm (0,006 Zoll) aufgebracht, wobei ein mit vorlegiertem Ceroxid-Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid, wie etwa das, welches von dem Unternehmensbereich Metco von Perkin-Elmer unter der Bezeichnung Metco 205 NS zu beziehen ist, zur Verwendung als Schicht 36 geeignet ist.
Das Zufuhrrohr 30 mit den auf dem keramischen Element 32 desselben aufgebrachten Schichten 34, 36 wird ohne weitere Verarbeitung in eine Glaszufuhrwanne eingebaut, wobei sich Schmelzglas vom untersten Ende des Zufuhrrohrs 30 bis zu einer Höhe nicht oberhalb der Höhe der auf dem keramischen Element 32 desselben aufgebrachten Beschichtungen 34, 36 erstreckt.
Eine entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellte Zuflussregulierungsnadel ist in 3 allgemein mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet. Die Zuflussregulierungsnadel 40 besteht aus einem keramischen Element 42, das einen herkömmlichen Aufbau aufweisen kann, und ist dafür gestaltet, zur Regulierung des Zuflusses von Schmelzglas durch geflutete Auslässe einer Schmelzglaszufuhrwanne hindurch genutzt zu werden, welche verwendet wird, um Schmelzglas für eine IS-Glasformungsmaschine bereitzustellen. Somit ist der unterste Abschnitt der Zuflussregulierungsnadel während deren Standzeit in Schmelzglas eingetaucht.
Das keramische Element 42 der Zuflussregulierungsnadel 40 wird auf seinem untersten Abschnitt, nämlich jenem Abschnitt, der in der Zufuhrwanne in Schmelzglas eingetaucht werden soll, mit zwei übereinander angeordneten Schichten 49, 46 versehen. Die innerste oder Grundschicht 44 ist eine Beschichtung, die aus einem Nickel-Chrom-Aluminium-Kobalt-Yttriumoxid-Kompositpulver besteht, und diese Schicht wird auf das Element 42 in einer ungefähren Dicke von 0,0508 mm (0,002 Zoll) durch Plasmasprühen aufgebracht. Die Pulverbeschichtung Metco 461 des Unternehmensbereiches Metco von Perkin-Elmer stellt ein geeignetes Beschichtungsmaterial zur Verwendung als Schicht 44 dar.
Das keramische Element 42 mit der auf diesem aufgebrachten Beschichtung 94 wird erneut beschichtet, und zwar mit der Schicht 46, die ebenfalls auf die Außenseite der Schicht 44 auf dem keramischen Element 42, aufgebracht wird.
Die Schicht 46 wird ebenfalls als Pulver durch Plasmabeschichtung aufgebracht und wird in einer ungefähren Dicke von 0,1524 mm (0,006 Zoll) aufgebracht, wobei ein mit vorlegiertem Ceroxid-Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid, wie etwa das, welches von dem Unternehmensbereich Metco von Perkin-Elmer unter der Bezeichnung Metco 205 NS zu beziehen ist, zur Verwendung als Schicht 46 geeignet ist.
Obgleich vorliegend die von den Erfindern als beste erachtete Art und Weise zur Ausführung der vorliegenden Erfindung zum Einreichungsdatum derselben aufgezeigt und beschrieben worden ist, wird für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass geeignete Modifikationen, Varianten und dergleichen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit gegenüber Schmelzglas eines keramischen Elements (12, 32, 42), das zur Nutzung im Kontakt mit Schmelzglas vorgesehen ist; wobei das Verfahren umfasst: Aufbringen einer dünnen Grundschicht (18, 34, 44) aus einem Nickel-Chrom-Aluminium-Kobalt-Yttriumoxid-Kompositpulver auf die Schmelzglas-Kontaktoberfläche des keramischen Elements (10, 30, 40); Aufbringen einer etwas dickeren Schicht (20, 36, 46) aus einem mit vorlegiertem Ceroxid-Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxid auf die Grundschicht; und danach Erhitzen des keramischen Elements mit der dünnen Grundschicht und der etwas dickeren Schicht, um eine haltbare, verschleißfeste Schmelzglas-Kontaktoberfläche auf dem keramischen Element zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Grundschicht (18, 34, 44) in einer Dicke von ungefähr 0,0508 mm (0,002 Zoll) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die dickere Schicht (20, 36, 46) in einer Dicke von ungefähr 0,1524 mm (0,006 Zoll) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Grundschicht (18, 34, 44) als Pulver durch Plasmasprühen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die dickere Schicht (20, 36, 46) als Pulver durch Plasmasprühen aufgebracht wird.
Verschleißfestes keramisches Element (12, 32, 42), das zur Nutzung im Kontakt mit Schmelzglas vorgesehen ist; wobei das keramische Element umfasst: eine dünne Grundschicht (18, 34, 44) aus einem Nickel-Chrom-Aluminium-Kobalt-Yttriumoxid-Kompositpulver auf jeder mit Schmelzglas in Kontakt kommenden Oberfläche des keramischen Elements; und eine etwas dickere Schicht (20, 36, 46) aus einem mit vorlegiertem Ceroxid-Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumoxid auf der Außenseite der Grundschicht.
Keramisches Element nach Anspruch 6, wobei die Grundschicht in einer Dicke von ungefähr 0,0508 mm (0,002 Zoll) aufgebracht ist.
Keramisches Element nach Anspruch 6, wobei die dickere Schicht in einer Dicke von ungefähr 0,1524 mm (0,006 Zoll) aufgebracht ist.
Keramisches Element nach Anspruch 6, wobei das keramische Element ein Düsenring (10) ist und wobei jeweils die Grundschicht (18) und die dickere Schicht (20) auf jeder äußeren Oberfläche des Düsenrings aufgebracht sind.
Keramisches Element nach Anspruch 6, wobei das keramische Element ein ringförmiges Zufuhrrohr (30) ist und wobei jeweils die Grundschicht (34) und die dickere Schicht (36) auf dem Zufuhrrohr (30) sowohl auf dessen Innenseite als auch auf dessen Außenseite aufgebracht sind, und zwar bis zu der Tiefe des Zufuhrrohrs, die zum Eintauchen in Schmelzglas vorgesehen ist.
Keramisches Element nach Anspruch 7, wobei das keramische Element eine Durchflussregulierungsnadel (40) ist, die einen massiven Querschnitt aufweist, und wobei jeweils die Grundschicht (44) und die etwas dickere Schicht (46) auf dem untersten Teil der Durchflussregulierungsnadel (40) aufgebracht sind, der zum Eintauchen in Schmelzglas vorgesehen ist.