RU2544209C1 - Керамическая частица и способ ее получения - Google Patents

Керамическая частица и способ ее получения Download PDF

Info

Publication number
RU2544209C1
RU2544209C1 RU2013146848/03A RU2013146848A RU2544209C1 RU 2544209 C1 RU2544209 C1 RU 2544209C1 RU 2013146848/03 A RU2013146848/03 A RU 2013146848/03A RU 2013146848 A RU2013146848 A RU 2013146848A RU 2544209 C1 RU2544209 C1 RU 2544209C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particle
ceramic material
weight percent
phase
amorphous phase
Prior art date
Application number
RU2013146848/03A
Other languages
English (en)
Inventor
Тихана ФАСС
Лори САН-МИГЕЛЬ
Кевин Р. ДИКСОН
Уолтер Т. СТЕФЕНС
Original Assignee
Сэнт-Гобэн Керамикс Энд Пластикс, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сэнт-Гобэн Керамикс Энд Пластикс, Инк. filed Critical Сэнт-Гобэн Керамикс Энд Пластикс, Инк.
Application granted granted Critical
Publication of RU2544209C1 publication Critical patent/RU2544209C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
    • C03C14/006—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of microcrystallites, e.g. of optically or electrically active material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/60—Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
    • C09K8/80—Compositions for reinforcing fractures, e.g. compositions of proppants used to keep the fractures open
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
    • C03C2214/20—Glass-ceramics matrix

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Adornments (AREA)
  • Producing Shaped Articles From Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к керамическим материалам, в частности к керамической частице, которая может использоваться в качестве пропанта. Заявлена керамическая частица по меньшей мере с двумя фазами микроструктур, содержащая аморфную фазу, составляющую от 30 объемных процентов до 70 объемных процентов частицы, и первую по существу кристаллическую фазу, содержащую множество преимущественно кристаллических областей, распределенных в аморфной фазе. Также описан способ изготовления керамической частицы. Технический результат заключается в повышении сопротивления раздавливанию керамической частицы. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Керамические частицы производят для использования в широком спектре промышленных применений. Некоторые из этих применений включают использование множества керамических частиц: в качестве пропанта для упрощения удаления жидкостей и/или газов из скважин, пробуренных в геологических формациях; в качестве среды для зачистки, шлифования или полирования; в качестве материала подложки активного слоя в химическом реакторе; в качестве теплопередающей среды; в качестве фильтрационной среды и в качестве кровельных гранул при применении в асфальтовых гонтах.
Примеры патентов и патентных заявок, раскрывающих керамические частицы и способы их получения, включают документы US 4632876, US 7036591, CA 1217319, US 2010/0167056 и WO 2008/112260.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте осуществления настоящее изобретение представляет собой спеченную керамическую частицу, содержащую по меньшей мере две фазы микроструктур, включающие аморфную фазу, содержащую от 30 объемных процентов до 70 объемных процентов частиц, и первую по существу кристаллическую фазу, включающую множество преимущественно кристаллических областей, распределенных в аморфной фазе.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение представляет собой способ получения спеченной керамической частицы. Способ может включать следующие этапы. Предоставление первого керамического материала, имеющего температуру перехода в жидкое состояние, и второго керамического материала, имеющего температуру перехода в жидкое состояние, где температура перехода в жидкое состояние второго материала больше, чем температура перехода в жидкое состояние первого материала. Смешивание материалов с образованием однородной смеси, содержащей от 30 весовых процентов до 70 весовых процентов первого керамического материала. Превращение смеси в частицу-предшественник. Нагревание предшественника по меньшей мере до температуры перехода в жидкое состояние первого материала, при этом первый и второй керамические материалы взаимодействуют с образованием аморфной фазы, которая примыкает и внедряется в структуру из преимущественно кристаллических областей. Охлаждение предшественника до температуры окружающей среды с образованием спеченной керамической частицы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг.1 представлена блок-схема способа.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем документе использовано выражение «фаза микроструктуры», под которым подразумевают кристаллическую или аморфную фазу(ы) спеченной керамической частицы, которую можно определить посредством аналитического устройства типа рентгеновского дифрактометра. Частица может содержать одну или несколько фаз микроструктур. Фаза микроструктуры характеризуется физическим расположением атомов, которое образует повторяющиеся рисунки в кристаллических фазах и не образует повторяющиеся рисунки в аморфной фазе.
В настоящем документе использовано выражение «температура перехода в жидкое состояние», под которым подразумевают температуру, при которой твердый керамический материал начитает размягчаться и впоследствии становится текучим за счет повышения его температуры.
В настоящем документе использовано выражение «сопротивление раздавливанию», под которым подразумевают способность частицы противодействовать раздавливанию. Сопротивление раздавливанию в основном используют для обозначения прочности керамической частицы, такой как пропант, и может быть определено с помощью ISO 13503-2:2006(E). Крепкий пропант образует более низкий весовой процент сопротивления раздавливанию, чем непрочный пропант при том же напряжении, вызывающем смыкание трещины. Например, пропант, который характеризуется 2 весовыми процентами сопротивления раздавливанию, считается крепким пропантом и является предпочтительным по сравнению с непрочным пропантом, который характеризуется 10 весовыми процентами сопротивления раздавливанию.
Термины «частица», «частицы», «пропант» и «пропанты» могут использоваться в настоящем документе взаимозаменяемо, если не указано другое.
В течение многих лет разрабатывали и осуществляли способы получения керамических частиц для изготовления керамических частиц, таких как пропанты, в больших количествах. Поскольку пропанты применяют в разнообразных геологических формациях, на разных глубинах и с воздействием экстремальных температур и давлений, при этом для физических свойств пропантов может потребоваться индивидуализация с целью оптимизации рабочих характеристик пропанта в конкретной среде. К числу некоторых свойств, которые могут влиять на рабочие характеристики пропанта, относится: удельная плотность, пористость, прочность на раздавливание и проводимость. Изменение одного физического свойства может, по сути, нежелательным образом изменить одно или несколько других свойств. Следовательно, для разработки способов, согласно которым происходит изменение свойств, являющихся важными в одном применении, одновременно максимально уменьшая нежелательные изменения в других свойствах частицы, были приложены значительные усилия. Более того, изготовители пропанта пытались снизить стоимость изготовления пропантов путем исключения материалов и/или этапов способа, не влияя на рабочие характеристики пропанта.
С целью получения пропанта с низким и, следовательно, желательным сопротивлением раздавливанию на протяжении нескольких лет использовали определенные идеи для создания пропанта, обладающего сопротивлением раздавливанию, одновременно пытаясь максимально снизить стоимость сырьевых материалов, применяемых для изготовления пропанта. Первая хорошо известная идея улучшения прочности на раздавливание пропанта заключается в увеличении процентного отношения Al2O3 в химическом составе пропанта. Al2O3 обжигают при достаточно высокой температуре, такой как 1300°C, для превращения переходных кристаллических фаз в альфа-глинозем, который, как известно, является крепким и, следовательно, обладает высокой сопротивляемостью к раздавливанию. К сожалению, сырьевые материалы, содержащие высокие концентрации Al2O3 в химическом составе, являются дорогостоящими и должны закупаться в больших количествах, что может значительно увеличить затраты на изготовление производителя пропанта и является нежелательным. Вторая хорошо известная техническая идея заключается в том, что некоторые аморфные керамические материалы, такие как стеклянная дробь, имеют тенденцию к разлому при низком напряжении и, следовательно, обладают нежелательным высоким сопротивлением раздавливанию при их применении в качестве составляющего компонента в пропанте. Однако аморфные материалы относительно недорогие и, следовательно, являются предпочтительными с точки зрения затрат. Более того, аморфные материалы могут создавать проблемы, поскольку, как известно, температура их перехода в жидкое состояние является ниже минимальной температуры, необходимой для превращения глинозема в переходной фазе в альфа-глинозем. Когда аморфный материал начинает размягчаться, он может становиться клейким, и отдельные частицы пропанта могут прилипать к соседним частицам, тем самым образуя большие, свободносвязанные скопления, состоящие из тысяч отдельных частиц пропанта. Пропанты также имеют тенденцию прилипать к внутренним поверхностям печи и другого оборудования, применяемого для обжига пропантов. Когда пропанты находятся в печи, такой как вращающаяся печь, пропанты могут накапливаться в возрастающий толстый слой пропантов на внутренней поверхности печи, что, в конечном счете, приведет к отключению печи с целью ее очистки и последующему запуску. Используя описанные выше технические идеи, некоторые изготовители пропантов предпочитают изготавливать пропанты с высоким содержанием глинозема с целью получения требуемого сопротивления раздавливанию и с аморфными материалами с низкой вязкостью для устранения проблем, связанных с образованием скоплений в пропанте и низким сопротивлением раздавливанию.
В отличие от описанных выше технических идей авторы изобретения, заявляемого в настоящем документе, обнаружили способ изготовления пропанта, в котором области керамического материала с преимущественно кристаллической фазой и матрица керамического материала с преимущественно аморфной фазой взаимодействуют с образованием пропанта, обладающего хорошим сопротивлением к раздавливанию. Точнее, в пропанте согласно настоящему изобретению преимущественно кристаллические области окружены матрицей аморфного керамического материала и внедрены в нее. Матрица образует диспергирующую фазу в пропанте. Преимущественно кристаллические области вместе образуют дисперсную фазу. Как описано выше, аморфные керамические материалы имеют тенденцию к разлому при низком напряжении и, следовательно, обладают нежелательным высоким сопротивлением раздавливанию при их применении в качестве составляющего компонента в пропанте. Для повышения сопротивления раздавливанию обычно непрочного аморфного материала кристаллический материал и аморфный материал выбирают таким образом, что устанавливаются синергические отношения между материалами, что приводит к созданию полезного напряжения, такого как напряжение при сжатии, действующего на аморфный материал. Считается, что напряжение при сжатии повышает сопротивление раздавливанию частиц путем сжатия аморфного материала, тем самым препятствуя образованию и распространению трещин в аморфной фазе. Создание препятствия распространению трещин эффективно повышает сопротивление раздавливанию частицы при воздействии заданным напряжением, обуславливая воздействие более высокой механической силы для раздавливания частицы. Напряжение при сжатии, действующее на аморфный материал, может быть создано путем выбора кристаллических и аморфных материалов, так что после формования, нагревания и охлаждения пропанта коэффициент термического расширения кристаллического материала превышает коэффициент термического расширения аморфного материала. Разность коэффициентов термического расширения может обуславливать попытку отдельного кристаллического материала усаживаться больше, чем соседний аморфный материал, с которым он был связан на этапе охлаждения. Считается, что разность коэффициентов термического расширения обуславливает подвержение аморфного материала воздействию напряжения при сжатии, когда он сопротивляется большему относительному движению кристаллического материала.
После воздействия на керамическую частицу особым тепловым профилем коэффициенты термического расширения керамических материалов частицы можно определить посредством выполнения процедуры, описанной ниже. Точное значение коэффициента термического расширения материала после нагревания частицы может не являться критическим для применения материала, из которого изготавливают керамическую частицу согласно настоящему изобретению. Вместо этого, величина разности между коэффициентами термического расширения является параметром, который может непосредственно влиять на создание напряжения при сжатии и результирующего сопротивления раздавливанию. Разность по меньшей мере 0,1×10-6/°C может быть достаточной для воздействия напряжением при сжатии. Более предпочтительно, разность коэффициентов термического расширения может составлять 0,2 или 0,3×10-6/°C. Для керамических частиц, используемых в качестве пропантов, коэффициент термического расширения кристаллического материала может быть более 6,0, более предпочтительно более 7,0×10-6/°C. Коэффициент термического расширения аморфного материала может составлять менее чем 6,0, более предпочтительно менее чем 5,0×10-6/°C.
Количество аморфного керамического материала в пористой керамической частице согласно настоящему изобретению может составлять от 30% до 70% на основании объема частицы после нагревания и охлаждения этого материала. Если аморфный материал характеризуется менее чем 30% от объема частицы, аморфный материал может не образовывать диспергирующую фазу по всей частице. Материал с аморфной фазой может характеризоваться по меньшей мере 40%, 45% или даже 50% объема частицы. Примеры аморфных керамических материалов, пригодных для применения в пористой керамической частице согласно настоящему изобретению, включают полевой шпат и нефелиновый сиенит.
Для того чтобы идентифицировать пропант согласно настоящему изобретению, необходимо определить фазы микроструктур пропантов, химическую композицию этих фаз и коэффициент термического расширения этих фаз. Идентификация этих физических свойств может быть определена посредством выполнения следующих аналитических методов. Что касается фаз микроструктур, для выявления присутствия одной или нескольких кристаллических фаз применяют рентгеновский дефрактометр, такой как PANalytical® XRD. Высоту линий на рентгенограмме можно использовать для определения относительной величины каждой кристаллической фазы. Расположение линий на горизонтальной оси рентгенограммы указывает на фазу микроструктуры. Более того, применение внутреннего стандарта может упростить выполнение анализа рентгенограммы. Количество материала в аморфной фазе можно рассчитать как количество пропанта, который не является кристаллическим. Что касается химической композиции пропанта, химические элементы композиции можно определить посредством рентгеновской флуоресценции (XRF).
После определения фаз микроструктур пропанта и химической композиции коэффициент термического расширения каждой фазы микроструктуры можно определить посредством аналитической методики, известной как дилатометрия. Дилатометр, такой как Unitherm 1161, поставляемый компанией Anter Corporation, представляет собой инструмент, способный измерять коэффициент термического расширения (СТЕ) материала. Дилатометр можно применять для измерения изменения длины опытного образца в виде прямоугольного стержня в зависимости от температуры. Длина стержня может составлять 40 мм, ширина - 25 мм и высота - 2 мм. СТЕ получают посредством регистрирования изменений в относительной длине прямоугольного стержня при охлаждении от температуры ниже температуры перехода в жидкое состояние до 25°C. Как правило, СТЕ представлен в единицах 10-6/°C, например 5°10-6/°C, что представляет изменение 0,0001% длины прямоугольного стержня на каждый 1°C изменения температуры.
Опытные образцы каждой аморфной фазы микроструктуры можно подготовить с использованием чистых для анализа сырьевых материалов в составе, равном определенной химической композиции, которые затем плавят при высоких температурах больше, чем температура перехода в жидкое состояние. Эти расплавленные образцы аморфной фазы измельчают в тонкомолотый порошок и формуют, например, в прямоугольный стержень, подходящий для дилатометрических измерений, и спекают при высокой температуре. Для соответствия фазы и химического содержания каждого опытного образца с кристаллической и аморфной фазой можно использовать аналогичные XRD и XRF методики, описанные выше.
Количество материала из кристаллического глинозема в пористой керамической частице согласно настоящему изобретению может составлять от 30% до 70% объема частицы. Предпочтительно количество материала, представляющего собой кристаллический глинозем, может быть более чем 30%, 35% или даже 40% объема частицы. Если количество материала, представляющего собой кристаллический глинозем, менее чем 30 объемных процентов, кристаллического глинозема может быть недостаточно для создания достаточной величины напряжения при сжатии на аморфный материал для обеспечения допустимого сопротивления раздавливанию. Если количество материала, представляющего собой кристаллический глинозем, более чем 70 объемных процентов, для оправдания затрат, связанных с применением глинозема, содержащего керамический материал, вместо менее дорого аморфного материала повышение сопротивления раздавливанию может быть недостаточным. В пористой керамической частице согласно настоящему изобретению кристаллический материал может иметь одну кристаллическую фазу, такую как альфа-глинозем. Альтернативно, кристаллический глинозем может представлять смесь переходных фаз или сочетание альфа-глинозема и одной или нескольких переходных фаз.
Показанная на фиг.1 блок-схема способа включает следующие этапы. Этап 20 включает предоставления первого керамического материала и второго керамического материала. Первый керамический материал имеет температуру перехода в жидкое состояние. Второй керамический материал имеет температуру перехода в жидкое состояние, которая меньше, чем температура перехода в жидкое состояние первого керамического материала. Этап 22 включает смешивание первого и второго материалов с образованием смеси, при этом смесь содержит от 30 до 70 весовых процентов первого керамического материала. Этап 24 направлен на превращение смеси в частицу-предшественник. Этап 26 включает нагревание предшественника до максимальной температуры, которая не меньше, чем температура перехода в жидкое состояние первого материала, и не больше, чем температура перехода в жидкое состояние второго материала, при этом первый и второй керамический материал взаимодействуют с образованием аморфной фазы, которая примыкает и внедряется в преимущественно кристаллические области. В ходе этапа нагревания температура предшественника должна быть по меньшей мере равна и, вероятно, несколько выше температуры перехода в жидкое состояние первого материала. На этапе 28 нагретый предшественник охлаждают до температуры окружающей среды, тем самым создавая спеченную керамическую частицу.
Согласно этапу 22 смесь может факультативно содержать другие материалы, такие как связующие и растворители. Соответствующие растворители содержат воду и спирты. Связующим может быть один или несколько материалов, выбранных из органических крахмалов, таких как буровой крахмал, а также камедь или смолы, которые для этих целей находятся в продаже. Связующим также может быть неорганический материал, такой как глина или кислота. Связующие обычно добавляют в количестве менее чем 10 весовых процентов смеси, и могут добавлять в сухом виде или в виде раствора. В то время как связующее может отвечать за некоторую степень пористости в керамической частице, связующие нельзя рассматривать как порообразователи. Композиция смеси может быть ограничена до менее чем 0,1 весовых процентов одного или нескольких порообразователей, выбранных из списка, состоящего из переходного порообразователя, in situ порообразователя и их комбинаций. Переходные порообразователи могут быть ограничены до менее чем 0,05 весовых процентов смеси. In situ порообразователи могут быть ограничены до менее чем 0,01 весовых процентов смеси. В одном варианте осуществления смесь не содержит никакие порообразователи.
Согласно этапу 24 частица-предшественник определена в настоящем документе как частица, в которой распределен первый и второй керамический материал и в которой были удалены растворители, такие как вода, так что потери предшественника при высушивании (LOD) после нагревания до 110°C-130°C в течение двух часов составляют менее одного процента от первоначального веса предшественника. Предшественник может содержать или не содержать факультативные составляющие компоненты, например связующее. Предшественник может содержать по меньшей мере 30 весовых процентов первого керамического материала и по меньшей мере 30 весовых процентов второго керамического материала. В некоторых вариантах осуществления предшественник может содержать от 60 весовых процентов до 70 весовых процентов первого керамического материала и от 30 весовых процентов до 40 весовых процентов второго керамического материала.
Образование частицы-предшественника может быть достигнуто посредством обработки смеси в установке, такой как смеситель Eirich RO2, предоставляемый American Process Systems, Eirich Machines Inc., Gourney, IL, USA. Действие смесителя вызывает образование большого количества небольших в целом сферических шариков смеси, которые представляют собой частицы-предшественники или сырец. Если сырец содержит факультативные составляющие компоненты, такие как растворители и связующие, факультативные составляющие компоненты можно удалить посредством высушивания сырца в печи до достаточно высокой температуры, такой как 200°C или выше, для выведения факультативных составляющих компонентов из сырца. При необходимости частицы-предшественники могут быть пропущены через просеивающее устройство, которое содержит сито под номером №.8 ASTM, содержащее 2,36 мм отверстия, и сито под номером №70 ASTM, содержащее 212 мкм просеивающие отверстия. Предшественники, выбранные для нагревания на этапе 26, можно пропустить через сито №8 и нельзя пропустить через сито №70.
На этапе 26 предшественник нагревают до максимальной температуры, которая находится ниже температуры перехода в жидкое состояние второго керамического материала и выше температуры перехода в жидкое состояние первого керамического материала. В некоторых вариантах осуществления предшественник может быть нагрет до максимальной температуры выше температуры плавления первого керамического материала, которая ниже температуры спекания второго керамического материала. Когда температура, до которой нагревают предшественник, превышает температуру перехода в жидкое состояние первого керамического материала, первый керамический материал может переходить из твердого материала в текучий материал, а затем перетекать на второй керамический материал.
Согласно этапу 20 как первый, так и второй керамический материал может быть предоставлен в виде порошков, содержащих множество гранул. В конкретных вариантах осуществления размер гранул может находиться в диапазоне от 1 до 10 микрон, точнее от 6 до 8 микрон. Первый и второй керамический материал может быть выбран таким образом, что коэффициент термического расширения первого керамического материала после нагревания и охлаждения, как описано выше, по меньшей мере на 10% выше коэффициента термического расширения второго керамического материала после подвержения такому же режиму нагревания и охлаждения. После нагревания и охлаждения коэффициент термического расширения первого керамического материала может быть на 20% или даже 30% выше коэффициента термического расширения второго керамического материала. В то время как точная разность между температурой перехода в жидкое состояние первого керамического материала и температурой перехода в жидкое состояние второго керамического материала может быть некритической, разность в 50°C может быть применима для работы в конкретных вариантах осуществления.
Соответствующий первый керамический материал может быть выбран из группы, состоящей из боксита, глинозема, каолина, глин, глиноземистых силикатов и магниевых силикатов. Соответствующий второй керамический материал может быть выбран из группы, состоящей из полевого шпата и нефелинового сиенита.
Приведенное выше описание рассмотрено только для конкретных вариантов осуществления. Варианты изменений изобретения будут понятны специалисту в области техники и лицам, которые будут применять и осуществлять настоящее изобретение. Следовательно, понятно, что варианты осуществления, показанные на графических материалах и описанные выше, приведены исключительно в иллюстративных целях и не предназначены для ограничения объема изобретения, который определен в приведенной ниже формуле изобретения, рассматриваемой в соответствии с основными положениями патентного закона.

Claims (25)

1. Спеченная керамическая частица, содержащая: по меньшей мере две фазы микроструктур, содержащие аморфную фазу, составляющую от 30 объемных процентов до 70 объемных процентов указанной частицы, и первую по существу кристаллическую фазу, содержащую множество преимущественно кристаллических областей, распределенных в указанной аморфной фазе.
2. Спеченная керамическая частица по п.1, отличающаяся тем, что указанная аморфная фаза образует непрерывную матрицу в указанной частице, и указанные кристаллические области вместе образуют дисперсную фазу.
3. Спеченная керамическая частица по п.2, отличающаяся тем, что коэффициент термического расширения указанной первой по существу кристаллической фазы не меньше, чем коэффициент термического расширения указанной аморфной фазы.
4. Спеченная керамическая частица по п.3, отличающаяся тем, что коэффициент термического расширения указанной первой по существу кристаллической фазы по меньшей мере на 5% больше коэффициента термического расширения указанной аморфной фазы.
5. Спеченная керамическая частица по п.3, отличающаяся тем, что коэффициент термического расширения указанной первой по существу кристаллической фазы по меньшей мере на 10% больше, чем коэффициент термического расширения указанной аморфной фазы.
6. Спеченная керамическая частица по п.1, отличающаяся тем, что указанная аморфная фаза примыкает по меньшей мере к одной из указанных преимущественно кристаллических областей на границе раздела, и указанная граница раздела характеризуется напряжением.
7. Спеченная керамическая частица по п.6, отличающаяся тем, что характеризуется напряжением при сжатии на указанной границе раздела.
8. Спеченная керамическая частица по п.1, отличающаяся тем, что указанная аморфная фаза составляет по меньшей мере 40 объемных процентов объема частицы.
9. Спеченная керамическая частица по п.1, отличающаяся тем, что указанная аморфная фаза составляет по меньшей мере 50 объемных процентов общего объема частицы.
10. Спеченная керамическая частица по п.1, дополнительно содержащая вторую по существу кристаллическую фазу, имеющую коэффициент термического расширения не меньше, чем коэффициент термического расширения указанной аморфной фазы.
11. Способ получения спеченной керамической частицы, включающий:
(a) использование
i) первого керамического материала;
ii) второго керамического материала, имеющего температуру перехода в жидкое состояние большую, чем температура перехода в жидкое состояние указанного первого керамического материала;
(b) смешивание указанных материалов с образованием однородной смеси, при этом указанная смесь содержит от 30 весовых процентов до 70 весовых процентов указанного первого керамического материала;
(c) превращение указанной смеси в частицу-предшественник;
(d) нагревание указанного предшественника до максимальной температуры, не меньшей, чем температура перехода в жидкое состояние указанного первого материала, и не большей, чем температура перехода в жидкое состояние указанного второго материала, при этом указанный первый и второй керамический материал взаимодействуют с образованием аморфной фазы, которая примыкает к структуре преимущественно кристаллических областей и внедряется в нее; и
(е) охлаждение указанного предшественника до температуры окружающей среды с последующим образованием спеченной керамической частицы.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что указанная аморфная фаза образует непрерывную матрицу в частице, и указанные кристаллические области вместе образуют дисперсную фазу.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что указанная аморфная фаза примыкает по меньшей мере к одной из указанных преимущественных кристаллических областей на границе раздела, и указанная граница раздела характеризуется напряжением.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что указанное напряжение предусматривает напряжение при сжатии.
15. Способ по п.11, отличающийся тем, что на этапе (a) i) по меньшей мере 10 весовых процентов указанного первого керамического материала являются кристаллическими, при этом указанные 10 весовых процентов приведены на основе общего веса указанного первого керамического материала.
16. Способ по п.15 отличающийся тем, что на этапе (а) i) по меньшей мере 20 весовых процентов указанного первого керамического материала являются кристаллическими.
17. Способ по п.11 отличающийся тем, что по меньшей мере 10 весовых процентов указанного второго керамического материала являются аморфными, при этом указанные 10 весовых процентов приведены относительно общего веса указанного второго керамического материала.
18. Способ по п.17 отличающийся тем, что по меньшей мере 20 весовых процентов указанного второго керамического материала являются аморфными.
19. Способ по п.11 отличающийся тем, что температура перехода в жидкое состояние указанного первого материала по меньшей мере на 50°С меньше, чем температура перехода в жидкое состояние указанного второго материала.
20. Способ по п.11 отличающийся тем, что указанный второй керамический материал содержит глинозем.
21. Способ по п.11 отличающийся тем, что указанный первый керамический материала выбран из группы, состоящей из полевого шпата и нефелинового сиенита.
22. Способ по п.11 отличающийся тем, что указанная частица-предшественник на этапе (с) содержит по меньшей мере 40 весовых процентов указанного первого керамического материала.
23. Способ по п.11 отличающийся тем, что указанная частица-предшественник на этапе (с) содержит по меньшей мере 50 весовых процентов указанного первого керамического материала.
24. Способ по п.11 отличающийся тем, что указанная частица-предшественник на этапе (с) содержит менее 60 весовых процентов указанного первого керамического материала.
25. Способ по п.11 отличающийся тем, что указанная частица-предшественник на этапе (с) содержит менее 55 весовых процентов указанного второго керамического материала.
RU2013146848/03A 2011-03-29 2012-03-26 Керамическая частица и способ ее получения RU2544209C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161468773P 2011-03-29 2011-03-29
US61/468,773 2011-03-29
PCT/US2012/030539 WO2012135106A2 (en) 2011-03-29 2012-03-26 Ceramic particle and process for making the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2544209C1 true RU2544209C1 (ru) 2015-03-10

Family

ID=46932267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013146848/03A RU2544209C1 (ru) 2011-03-29 2012-03-26 Керамическая частица и способ ее получения

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20140011658A1 (ru)
EP (1) EP2691354A4 (ru)
CN (1) CN103443051A (ru)
AU (1) AU2012236861A1 (ru)
BR (1) BR112013024350A2 (ru)
CA (1) CA2830795A1 (ru)
MX (1) MX2013010886A (ru)
RU (1) RU2544209C1 (ru)
WO (1) WO2012135106A2 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI0923723A2 (pt) * 2008-12-31 2017-07-11 Saint Gobain Ceramics Artigo cerâmico e processo de produção do mesmo
HUE058857T2 (hu) * 2014-07-23 2022-09-28 Baker Hughes Holdings Llc Fém-oxiddal bevont magból álló kalcinált szubsztrátumhoz tapadó kútkezelõ szert és/vagy nyomjelzõt tartalmazó kompozit és eljárás annak használatára

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2267010C1 (ru) * 2004-09-02 2005-12-27 Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" Проппант и способ его получения
RU2344156C2 (ru) * 2007-02-28 2009-01-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Проппант и способ повышения производительности скважины

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2924533A (en) * 1956-05-28 1960-02-09 Carborundum Co Spheroidal refractory material and method of making
US3156545A (en) * 1962-05-14 1964-11-10 Wakefield Corp Abrasive articles
US3486706A (en) * 1967-02-10 1969-12-30 Minnesota Mining & Mfg Ceramic grinding media
FR2306327A1 (fr) * 1975-03-19 1976-10-29 Inst Francais Du Petrole Procede de soutenement de fractures dans les parois d'un puits traversant des formations geologiques
US4073845A (en) * 1976-01-29 1978-02-14 Gte Sylvania Incorporated High density high strength S13 N4 ceramics prepared by pressureless sintering of partly crystalline, partly amorphous S13 N4 powder
US4944905A (en) * 1984-01-18 1990-07-31 Minnesota Mining And Manufacturing Company Particulate ceramic useful as a proppant
US4680230A (en) * 1984-01-18 1987-07-14 Minnesota Mining And Manufacturing Company Particulate ceramic useful as a proppant
US4921820A (en) * 1989-01-17 1990-05-01 Norton-Alcoa Proppants Lightweight proppant for oil and gas wells and methods for making and using same
DE3905271A1 (de) * 1989-02-21 1990-08-23 Hoechst Ag Siliziumnitrid-keramik und verfahren zu ihrer herstellung
EP1183401B1 (en) * 1999-04-30 2011-07-06 California Institute Of Technology In-situ ductile metal/bulk metallic glass matrix composites formed by chemical partitioning
US7867613B2 (en) * 2005-02-04 2011-01-11 Oxane Materials, Inc. Composition and method for making a proppant
EP2057103B1 (de) * 2006-08-29 2014-07-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Katalytisch aktives bauelement für thermoionisationsdetektoren zum nachweis von halogenhaltigen verbindungen und verfahren zur herstellung eines oxidkeramischen werkstoffs für das bauelement
RU2336293C1 (ru) * 2007-09-24 2008-10-20 Сергей Федорович Шмотьев Способ изготовления проппанта из стеклянных сфер
BRPI0923723A2 (pt) * 2008-12-31 2017-07-11 Saint Gobain Ceramics Artigo cerâmico e processo de produção do mesmo
BR112012015322A2 (pt) * 2009-12-22 2019-09-24 Oxane Mat Inc propante e método para formar o propante
IN2012DN05161A (ru) * 2009-12-31 2015-10-23 Oxane Materials Inc

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2267010C1 (ru) * 2004-09-02 2005-12-27 Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" Проппант и способ его получения
RU2344156C2 (ru) * 2007-02-28 2009-01-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Проппант и способ повышения производительности скважины

Also Published As

Publication number Publication date
CN103443051A (zh) 2013-12-11
AU2012236861A1 (en) 2013-10-31
CA2830795A1 (en) 2012-10-04
US20140011658A1 (en) 2014-01-09
EP2691354A4 (en) 2014-10-29
EP2691354A2 (en) 2014-02-05
BR112013024350A2 (pt) 2016-12-20
WO2012135106A3 (en) 2013-01-03
MX2013010886A (es) 2014-04-14
WO2012135106A2 (en) 2012-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2478597C2 (ru) Керамическое изделие и способ его изготовления
CN104671820B (zh) 包含水泥外表皮及水泥的蜂窝结构
RU2473513C1 (ru) Высокопрочные расклинивающие наполнители
EP2088134B1 (en) Lightweight ceramic material
Zhang et al. Thermo-mechanical and high-temperature dielectric properties of cordierite-mullite-alumina ceramics
CN102630184B (zh) 网状堇青石组合物、制品及其制造
US20110265995A1 (en) Methods for using high strngth ceramic elements
WO2015175853A1 (en) Ultra-light ultra-strong proppants
CN111807811B (zh) 多孔陶瓷及其制备方法
RU2544209C1 (ru) Керамическая частица и способ ее получения
CN102424595A (zh) 硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料的制备方法
Liu et al. Influence of particle size on 3D‐printed piezoelectric ceramics via digital light processing with furnace sintering
WO2019018234A2 (en) SUPPORTING AGENTS AND THEIR MANUFACTURING PROCESS
Wu et al. Preparation and characterization of cordierite ceramic from coal series kaolin for electronic application
Ho et al. Characteristics of porous ceramics prepared from sandblasting waste and waste diatomite by co‐sintering process
Sarbandi Finite element simulation of ceramic deformation during sintering
Gao et al. Corrosion behavior of alumina‐based ceramic core materials in caustic alkali solutions
US20230159401A1 (en) Ceramic cement mixture and ceramic honeycomb with ceramic cement skin
Salem et al. Determination of fluxing agents mixing ratio for enhancing thermal shock resistance of ceramic Raschig ring via a systematic approach
Thach et al. Production of Porous Glass-Foam Materials from Photovoltaic Panel Waste Glass
AU2015201688B2 (en) Ceramic particle and process for making the same
AU2016201033A1 (en) Ceramic particle and process for making the same
US11945024B2 (en) Mullite shell systems for investment castings and methods
Nasrabadi et al. Evaluation of dynamic viscosity and rheological properties of ceramic materials during liquid phase sintering by numerical‐experimental procedure
Ugheoke et al. OPTIMISATION OF PRODUCTION PROCESS PARAMETERS OF RICE HUSK SILICA(RHS) REFRACTORIES

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200327