TW515783B - Thermal shock-resistant ceramic article - Google Patents

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515783 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明節疇 本發明關係一種陶瓷物件K及此種物件之生產方法，

I (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 特別是在一種物件和方法中含有不同材料之各曆交替構 成，使產生改善破口的機構。 先前抟藝夕說明 陶瓷物件習知當然有許多產業上之用途，例如，硬度 、耐熱性或比較有化學惰性等為所企求。然而，陶瓷產 品有其嚴重缺失，如脆性，或換言之，如其在破口或韌 性方面不良的作用。此種限制妨礙陶瓷品符合備受企求 之其他性質領域，例如美國專利5 , 6 5 7 , 7 2 9和5 , 6 8 7 , 7 8 7 所記述則設法韌化陶瓷件配入内燃機之中。 脆性材料常有嚴重的失效而無預警。反之，韌性材料 通常在失效之前彎曲或變形。在大多數的用途中，後一 種失效較受喜愛。試驗韌性的一般方法是一種單邊凹彎 (SENB-Single Edge Notch Bend)試驗和裂斷模量（MOR - Modnlus of Rupture)試驗。兩者涉及三點臂曲幾何， 分別Μ受測試樣中凹陷之有無作為分辨。在兩者中，在 試件上之應力逐漸馉加而為應變之函數。在應力對應彎 曲線之下方所得面積即為破裂效應而代表在此等試驗當 中所吸收之能量。 較強韌之材料比較為脆弱者較有能力吸收較大的能量 。材料吸收能量之一途徑是微觀的形貌沒變。例如，強 韌金鼷或合金之如鋼者，例如吸收能量而在结晶面上移 位、滑動，或使結晶併合。材料也可K經由一種所謂裂 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） 515783 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( ) 1 γ 痕 純 化 程 序 5 以 創 造 新 的 表 面 積 而 吸 收 能 量 〇 例 如 複 合 1 ί 材 料 之 如 玻 璃 纖 維 者 9 為 非 均 性 而 含 有 多 數 相 〇 田 裂 痕 1 到 達 一 値 相 之 界 限 裂 痕 可 能 沿 邊 界 刖 進 而 在 相 之 界 限 -N 請 1 I 被 鈍 化 〇 鈍 化 以 擴 張 裂 端 能 量 於 較 大 的 面 積 而 減 低 裂 痕 先 閱 1 I 讀 1 I 的 進 行 〇 背 I 之 1 通 常 陶 瓷 材 料 因 其 晶 體 結 構 抗 拒 微 觀 的 外 貌 改 變 因 注 意 I 而 未 能 吸 收 很 多 的 能 量 〇 此 外 3 裂 痕 鈍 化 在 均 質 材 料 中 事 項 1 1 % 也 不 發 生 至 任 何 實 質 的 程 度 Ο 企 求 改 善 陶 瓷 的 m 性 之 丹 填 寫 本 作 為 已 集 中 於 導 入 某 種 程 度 的 不 均 性 進 入 陶 瓷 之 中 〇 頁 、〆 1 I 例 如 ， 曽 經 藉 由 在 陶 瓷 之 中 提 供 一 種 第 二 相 而 完 成 勸 性 1 1 的 增 進 ， 其 如 設 置 一 層 纖 維 9 例 如 見 於 美 國 專 利 1 1 5， 58 9， 11 5 Ο 其 為 假 設 纖 維 層 以 鈍 化 裂 痕 刖 端 而 阻 斷 裂 ΐτ 痕 的 前 進 〇 可 惜 此 項 解 決 方 案 未 使 缺 口 消 失 〇 在 生 胚 的 If· 陶 瓷 基 質 中 置 入 纖 維 在 燒 製 時 收 縮 但 纖 維 本 身 則 1 I 否 Ο 因 此 造 成 纖 雄 從 陶 瓷 中 脱 落 而 在 脆 弱 的 陶 瓷 中 形 成 1 1 I 必 然 的 空 隙 〇 通 常 此 等 空 隙 引 起 應 力 集 中 9 促 發 裂 痕 的 1 形 成 並 增 加 脆 性 失 效 〇 I 克 復 此 項 問 題 之 技 術 涉 及 以 陶 瓷 纖 維 之 氈 毯 浸 漬 以 1 1 I 粒 狀 陶 瓷 材 料 液 態 稀 釋 劑 和 有 機 膠 合 劑 Ο 此 種 技 術 使 1 1 陶 瓷 顆 粒 較 為 密 實 的 被 置 於 與 纖 維 接 觸 Ο 然 而 在 燒 製 中 1 I 陶 瓷 穎 粒 依 然 收 縮 Ο 雖 然 先 前 技 術 有 所 改 進 > 但 此 方 1 1 法 未 能 完 全 克 復 剝 脱 的 問 題 9 而 且 造 成 陶 瓷 組 成 中 易 變 1 I 的 機 槭 性 質 〇 1 I 剝 脱 作 用 實 質 上 可 用 涉 及 熔 卜 體 滲 入 技 術 予 以 克 復 〇 此 1 1 1 會· 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 515783 A7 B7 五、發明説明（3 ) 樺技術涉及Μ熔融陶瓷材料灌入於陶瓷纖維。雖然剝脫 得以減少，但若干新的問題又起。熔融陶瓷需要極高的 ] 溫度，而若干陶瓷在熔融之前將昇華。高溫也會損及陶 瓷纖維。即使陶瓷為可熔融，被熔化陶瓷之黏度將高至 使滲入纖維之速率很低，可能無法均勻潤濕於纖維的表 面0 熔體滲入的極高溫度可用蒸汽滲入技術而予遊免，見 於美國專利5,488,017 。在比較低的溫度，含有陶瓷前 置物之蒸汽滲入於陶瓷纖維。稍後化學品被分解而面下 陶瓷殘留物。例如，氣態的甲基三氯矽烷可被澱積於陶 瓷孅維上，只須攝氏數百度，且稍後在溫度低於1 2 0 0 1C 時分解成碳化矽。碳化矽基質被構成而陶瓷纖維補強於 其中。雖然克復先前各方法之若干缺點，但蒸汽滲入法 十分費時而對有揮發性之前置物之陶瓷有所限制。 經淖部中次標準局兵_χ消贤合竹社印？衣 (讀先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 美國專利5,591,287遊免採用纖維，氈毯或揮發性前 置物。此一專利在可燒結之粒狀陶瓷材料各層之間造成 一或多個弱性區段。此等弱性區段是由不可燒結或可稍 燒結的材料之極薄層所構成。不能燒結的材料例如包括 碳或可被熱解成碳的有機聚合物材料。可稍燒結之材料 可以在其本身和可燒结之粒狀陶瓷間形成鐽結，但所成 鐽结實際上比在各個可燒結陶瓷層間的鐽結薄弱。 弱性區段應該少於約為5 0微米以使得在各陶瓷曆間燒 結。如此之弱性薄段可能因不可燒結或稍可燒结之材料 擴散懸浮於預先成型之可燒結陶瓷之一表面而造成。若 -5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） 515783 A7 B7五、發明説明（4 ) 干弱性區段不能因不可燒結之材料澱積於各多層陶瓷之 間而產牛。所成弱性區段可能使裂痕在陶瓷中改向進行 ' 'j 。然後裂痕可能沿弱性區段前進而形成剝脫裂痕於各陶 瓷曆之間。剝脫之發生增大裂斷的情形。可惜這種方法 受限於已預先將可燒結材料成層而不能燒結之材料擴散 於其中者。因此限制可Μ利用此方法之物件之組份和幾 何形狀。 縱使此等已知方法改善陶瓷物件之韌性，在產業上仍 需要適於產業之方法，以便快速低廉生產合於韌性形態 和商業用途之形狀。簡單混合陶瓷纖維使進入可燒结之 陶瓷中，常常導致兩種材料之間的剝落。防止剝落之方 法或為太過費時，限制物件之組份或形狀，產生不調和 之結果；或是需要過高溫度。因此需要一種產業上可用 之方法Κ韌化陶瓷物件。 發明槪沭 本發明關係一種多層陶瓷物件以及製成物件之方法。 廣視而言，物件含有多個第一相之各層，各被一在機械 或化學上不同之第二相層所分隔。本發明之物件與無曆 化結構之陶瓷物件相比較，說明所為在實質上改善了破 口的問題。 第一相被記述為一種熔化或碳鍵結的粒狀陶瓷。第二 相可Μ是一種孔性材料，其如金屬網，邊為稍被熔化或 碳鐽結之耐火材料，甚或可含可燃材料之熱解殘餘。或 者，第二相可能Μ獨立於第一相之方法被熔化，其如予 一 6 一 (誚先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 五 '發明説明（< 以燒結 中，第 _ _然 本發 為1 〇毫 毫米至 本發 件tfe可 本發 件之方 而第一相都為一種 第一相 二相可以與 較弱的機械 明説明第一 米之厚度， 約2毫米之 明一方面説 以含有一腹 明也關係一 法。就廣梘 _材料之各層交替 第一種材料可為一 種材料希望形成一 _二種材料可以用 倘笤第 種材料為 材料 第二種材料 於第一種材料所在 並燒成完整之物件 性質。 相各層 而第二 厚度。 明各層 腔。 種生産 而言， 於第二 種可熔 稍被熔 獨立於 被磺鍵 可以以 之上或 A7 B7 磺鍵結之陶瓷。在其他具體例 共有相似的鍵結機制，但將持 較佳具有自約為0·5毫米至約 相各層較佳具有約自約0.005 是沿一圓筒形之縱軸纏捲。物 改良熱徒震耐性或韌性陶瓷物 本發明說明一種方法，以第一 種材料而形成一種陶瓷物件。 化或磺鐽結之粒狀陶瓷。第二 化或稍被磺鍵結之層。或者， 第一種材料之方法熔化，其如 結之陶瓷，則可予燒結第二種 Η材、薄膜、隔膜，甚或裝入 之中。然後各層被壓合成一件， I. I —I- I |_ I —— I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -" Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 料材 件種燃 材機。物二可 燃有物形第於 可種合筒而覆 是一聚圓材塗 為是之之火瓷 認以成化耐陶 被可合層瓷用 料料或造陶替 材材然製種交 種燃天種一層 二可他一是各 第此其明為 。 ，。或說認材 中度棉點被 Η 點溫、觀料燃 觀之紙一材可 一高 、另種種 之升膠再一 一 明於塑之第是 發解如明。以 本熱其發法可 在可，本方料 ，料 之材 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） 111 ........... - 515783 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 (^ 、 1 r Η 材 上 5 使 陶 瓷 密 合 於 Η 材 上 y 隨 後 棍 軋 已 塗 覆 之 Η 材 1 1 本 身 使 構 成 一 個 如 厂 果 凍 卷 J 形 狀 之 圓 筒 〇 第 二 種 材 1 料 可 以 改 變 成 為 管 狀 套 殼 〇 然 後 陶 瓷 材 料 被 塞 入 套 殼 請 1 I 壓 緊 5 形 成 為 所 希 望 之 形 狀 ， 包 括 __^ 種 厂 果 凍 卷 J 〇 閱 1 I 讀 1 1 本 發 明 之 再 又 一 觀 點 說 明 一 種 方 法 5 在 一 模 芯 上 裹 繞 背 面 I 之 1 已 塗 妥 之 片 材 或 填 注 成 殼 5 壓 緊 在 模 芯 上 之 繞 裹 片 材 或 注 意 I 套 殼 9 從 模 芯 取 出 工 件 5 因 而 構 成 原 為 模 心 之 腹 腔 9 燒 事 項 1 1 製 裹 繞 之 Η 材 或 套 殼 而 成 一 物 件 〇 再 填 寫 本 % 本 發 明 之 其 他 細 節 0 的 與 優 點 將 在 下 列 呈 現 本 發 明 頁 1 I 較 佳 實 施 方 法 之 說 明 中 顯 而 易 見 〇 1 1 圖 式 簡 αο 早 說 明 1 I 第 1 圖 為 本 發 明 具 有 交 替 各 層 結 構 物 件 之 画 〇 1 1 第 2 圔 説 明 用 有 機 Η 材 製 成 第 1 圔 物 件 之 方 法 〇 1 丁 第 3 圖 表 示 用 有 機 套 殼 製 成 第 1 圖 物 件 之 方 法 〇 Ί I 在 第 1 圔 中 表 示 本 發 明 方 法 形 成 一 個 管 狀 之 物 件 〇 管 1 1 I 1 含 有 第 一 相 2 和 第 二 相 3 之 多 個 交 替 層 〇 各 層 之 總 1 隨 管 1 所 需 厚 度 4 和 每 一 層 之 厚 度 而 定 〇 第 一 相 2 和 第 9k I 二 相 3 兩 者 從 在 管 1 之 内 膜 5 向 外 旋 轉 〇 如 此 之 幾 何 形 1 1 I 狀 制 止 裂 痕 6 以 垂 直 於 管 1 縱 軸 7 之 方 向 進 行 〇 1 1 在 第 2 圖 中 5 舉 例 說 明 製 作 管 狀 陶 瓷 物 件 之 方 法 〇 一 1 I 有 機 Η 材 1 0 丨， 含 有 一 第 二 種 材 料 9 從 一 釋 放 棍 1 1解 開 〇 1 1 一 第 一 種 材 料 12被 澱 積 於 Μ 材 1 0上 而 Η 材 10被 繞 於 模 1 I 芯 13使 形 成 一 管 14 1 , 具 有 多 層 5 直 至 達 所 需 厚 度 1 Ε ίο 1 I 在 第 3 圖 中 5 説 明 一 種 改 變 之 方 法 5 涉 及 含 有 第 二 種 1 1 材 料 之 套 殼 2[ 1〇 第 一 種 材 料 2 1被 饋 入 料 斗 22 , 並 被 強 制 | -8 - 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 515783 A7 B7 五、發明説明（7 ) 進入套殻20。已填妥之套殼20在各輥筒23之間被壓緊， 並收捲於模芯24上以形成管25。 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,ι 較住县體例 本發明說明一種陶瓷物件，其已改良熱徒震之附性和 韌性，K及產生此物之方法。此物件特別適用於熔融金 屬的連續鑄造，並且可被製成K不同之陶瓷組成而曝露 於熔融的金屬熔流、渣道、和模區。此方法包含澱積第 一種材料於第二種材料之上或之中，並予壓實。然後可 將基質成形、壓製，並燒成陶瓷物件。 物件由含至少兩相之多數層所構成。第一相壞接各層 互相作物理性之接觸，各曆之間為一界面。界面含有一 個減小第一相與鄰近之層接觸之區域，因而進行中之裂 痕可以隨著界面而被有效鈍化。裂痕的鈍化增加物件對 能量吸收，如裂口作用所之測得，改進了物件的.韌性。 第一相可Μ包含任何類型之可熔化或碳鍵結之粒狀陶 瓷。為方便計，「被熔化」或「可熔化」之意義包含各 種可被「燒結」或「碳鐽結」之陶瓷物。粒狀陶瓷包括 經過粒碎、顆粒狀、纖維狀、厚片狀、或任何形狀，或 各形狀之結合，不論大小，只要可被壓成形。可熔化者 指一種陶瓷料可Μ由陶瓷粒子之集合被燒成一融合之物 件。膠合劑常被用於將可熔合之陶瓷料在燒製之前结合 在一起。陶瓷料最後在高至可彳各合陶瓷检子之溫度而予 燒製，因而成為一融合之物體。因為陶瓷粒子並不完全 融合或失去個別的單一性，故而留存有相當份量之空隙 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 515783 A7 B7 經¾‘部中决標枣局兵J-消贽合竹社印刺水 五、發明説明 (8 ) 1 部 份 〇 反 之 9 非 可 溶 之 陶 瓷 料 在 發 生 熔 化 之 刖 可 能 昇 華 1 I 或 降 解 I > 或 因 所 選 擇 燒 製 溫 度 太 低 9 不 足 以 促 使 熔 化。 1 1 可 熔 粒 狀 陶 瓷 料 可 Κ 選 白 任 何 習 知 之 陶 瓷 化 合 物 9 且 〆、 1 I λ 1 通 常 至 少 為 合 於 產 業 用 途 而 包 含 陶 瓷 化 合 物 之 混 合 物 〇 閱 讀 1 背 1 實 際 之 混 合 物 依 被 使 用 陶 瓷 件 之 特 別 用 途 而 作 選 擇 〇 例 面 i 如 > 用 於 處 理 熔 融 金 屬 之 陶 瓷 組 成 物 包 含 氧 化 IS 、 氧 化 意 1 1 事 I 矽 > 碳 化 矽 Λ 氧 化 m 、 以 及 其 他 附 火 陶 瓷 化 合 物 〇 作 為 項 I 煉 鋼 用 之 注 塞 稈 之 習 用 耐 火 陶 瓷 混 合 物 可 Κ 含 有 大 量 之 竹 填 寫 本 碰 氧 化 鋁 和 石 學 Μ 及 少 量 之 氧 化 矽 和 其 他 附 火 陶 瓷 料 0 石 頁 I | 墨 是 — 種 非 陶 瓷 之 粒 狀 材 料 9 常 加 入 改 善 熱 徒 震 之 耐 I 1 性 〇 或 者 > 一 種 具 有 優 異 耐 腐 蝕 和 對 侵 蝕 而 耐 熱 徒 震 性 I I 不 良 之 特 別 耐 火 材 料 9 可 Μ 含 有 大 量 之 氧 化 鋁 和 少 量 之 I 訂 I 氧 化 m 和 氧 化 矽 〇 本 發 明 也 創 造 利 用 曆 化 形 態 而 有 改 良 韌 性 優 良 之 新 陶 I 瓷 組 成 物 〇 例 如 陶 瓷 組 成 物 可 用 於 先 刖 過 於 脆 弱 或 I I 對 熱 徒 震 敏 感 而 保 有 其 他 為 所 需 求 之 性 質 〇 曾 為 某 些 物 1 1 舞 理 性 質 所 必 需 之 成 份 可 減 少 或 消 除 〇 尤 其 是 石 ppf 歪 參 可 以 改 善 熱 徒 震 之 耐 性 但 須 忍 受 有 害 的 氧 化 作 用 〇 層 化 1 I 形 態 可 使 用 較 少 的 石 墨 9 使 產 品 對 氧 化 降 解 較 不 敏 感。 1 1 I 本 發 明 並 不 限 定 在 一 物 件 之 中 只 用 單 一 的 陶 瓷 混 合 物 1 1 或 組 成 物 〇 事 實 上 > 已 予 設 法 在 任 何 擬 製 物 件 中 用 多 種 1 I 陶 瓷 組 成 物 > 使 擬 製 物 件 之 不 同 位 置 有 同 之 性 質 而 具 1 1 特 別 之 優 點 〇 例 如 在 用 於 熔 融 金 鼷 連 續 m 造 之 副 遮 板 1 1 時 ， 一 種 具 有 良 好 耐 渣 性 之 第 一 種 陶 瓷 組 成 物 可 Μ 佔 住 1 1 -1 0- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 515783 A7 B7 五、發明説明（？） 遮板之外層，中層則含具有良好熱徒震耐性之陶瓷組成 物，而内部之組成物可以含有良好耐侵蝕性的陶瓷料。 與含陶瓷材料之第一相一起，物件也具有第二相。第 二相分隔並可以夾住第一相之各層。第二相可以含有例 如碩纖維、金屬網、熱解殘餘物，比較少熔化之陶瓷料 ，或以與第一相不同之機轉熔化之一種陶瓷料。在所有 的情況中，第二相是為了干涉第一相相鄰各層的層間融 合。如此之干涉造成一種比第一相較弱的界面。此界面 之特徵是作為相鄰各層間較少鍵結之區域，或是成為物 件徹結構中的不連續性。第二相可以作為粉料、漿體或 懸浮體被導入，但是較佳者，第二相是以能夠支持或含 有陶瓷粒子的基質為始。最常用者，基質將是一種片材 或套殼。「Η材」一詞是指包括任何薄膜、織物、布料 、或其他類似物料，其特徵為其因次之二大為超過第三 者。「套殼」是指包括任何撓性外鞘、套層、管件、外 罩或類似物件，可以就Η材相對的兩邊緣連接而形成， 並可將陶瓷粒子置入於其中。 Η材或套殼之最常用者為一種有機材料，其如合成或 天然的聚合物，但也可以包含一種由無機材料製成的網 。無機材料包括金屬或無機纖維，其如石墨或陶瓷纖維 。合成聚合物包括例如聚烯烴或聚酯，但是可以包括任 何形式所合成聚合物，其為可以製作成為片材或套殼者 。天然聚合物包括，例如紙或棉，但其他的天然聚合物 也可以利用。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） —n I -- I I.-I I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 -" 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -1- - ..... :·1— · 515783 A7 五、發明説明（10 ) Η材較佳者為紙製品，主要由於紙之價廉，機槭性質 佳，且在張力下伸張量低。片材在加工時易於承受張力

I ,而若干常用之合成聚合物對伸張不能接受。片材之厚 度槪略配合陶瓷層的厚度。較厚之Η材比較合於支持較 厚的陶瓷層。通常片材比陶瓷層薄，而且一般約為陶瓷 _厚度之十分之一。然而本發明所常賞識而配用之厚度 範圍為至少在約為〇 . 〇〇5毫米至約2·0毫米，不論於陶瓷 曆之厚度。 通常之Η材，尤其含有氧作為化學組成之一剖份之有 機Η材，在熔化陶材料之溫度將被熱解。熱解作用可 能在相鄰陶瓷層之間留下殘渣痕跡，但也可能留下疵點 ,比融合物件之其他部份較弱.。疵點可K視為陶瓷層中 一種比熔化融合為弱之熔化區。在陶瓷層内，裂痕之前 進可能衝擊此區域而沿疵點轉向，因而形成一種剝脫的 裂痕。產生此剝落作用所需之能量增大裂口的作用，也 相對應於陶瓷物件的韌性。 經#·部中决標率局貨.T消费合竹社印來 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 可燃Η材較佳者為具孔隙。此等孔隙應容許陶瓷粒子 之各鄰曆通過材料孔隙而互相接觸。在燒製物件時，各 陶瓷層間通過孔隙的接觸可以容許各層間之若干融合。 可燃Η材應在燒製溫度時熱解，但非在實質上防止接觸 之前，因此，也不在各陶瓷曆間之區域融合之前。此琨 已被熱解片材所佔有之區域，在燒製之彳i可以在陶瓷物 件中含有稍為融合之疵點。 可Μ理解者，甚至在可燃片材中無孔隙存在時，在各 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 515783 Α7 Β7 五、發明説明（) 陶瓷層之間仍發生若干融合。然而孔隙可K使片材得以 較厚，並且因而比無孔隙者強固並較易處置。弱融合疵 j 點可以產於無孔之片材，但是這種片材可能要比較薄於 相對應之多孔片材。比較薄的Η材在依本發明方法產生 陶瓷物件之時，可能導致製造上之困難。較薄之片材可 預期在彎曲之前較有撓性而具較少的陶瓷粒子。 無孔片材或超厚片材在陶瓷物件中即使構成疵點而實 際上減低其韌性。這些疵點可能造成於可燃Η材被熱解 之後在各陶瓷層間少數可能的融合。裂痕可能沿此疵點 平而轉向。在各陶瓷層間若無若干融合，裂痕將因不需 額外能量Κ破除融合所成之鐽結，而沿疵點之平面迅速 前進。因為如前所教示，較大的韌性關連較大的輸入能 景，則韌性通常不能被此種類型所改善。不需輸入能量 之裂斷將不能指望對韌性有所改良。 經淖部屮决標率局兵工消费合作社印來 (誚先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 因此，各陶瓷層間融合程度的最大化和最小化之間存 在一種競爭。各陶瓷層間的融合少者構成比較「完好」 的疵點，對通過陶瓷物前進的裂痕，增加其沿疵點平面 轉向機畲。然而裂痕一旦沿疵點轉向，則因為破解鐽蛣 需要更多的能曇而可能如所期望盡量有許多融合點。但 是，在各陶瓷曆間的融合程度較大者，有較多的疵點開 始成為陶瓷網絡，而較少有機會使裂痕沿疵點轉向。孔 隙之數最、形狀、和大小，Μ及片材的秦度，將影響在 物件中的融合；因此，可燃片材應就此中的平衡小心選 擇。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ297公釐） 515783 A7 B7 五、發明説明（12 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 可燃Η材較佳將係孔性紙張，厚度約為〇 . 〇 〇 5毫米至 約0 . 5毫米。孔性紙張是一種容許在紙之各側之各個可 熔粒子狀陶瓷層有間斷性的互相接觸的紙張。孔性紙張 可Μ包括所具孔隙之大小與陶瓷粒子相似或較大之各種 紙張。如此之孔隙，例如可Κ利用在造成紙張的纖維素 纖維之間的空間予以界定。這些孔隙也可Κ用打孔之機 槭方法造成。紙張須具有足夠的剛性和強度Κ供支持本 發明方法中之陶瓷材料。同時，紙張須薄至足Κ使在紙 之兩側各陶瓷層之間有間斷之接觸。紙張也須有比較低 的閃點，並目.留遺最少的熱解殘餘。 可燃Η材也可Κ是一種聚合物薄膜，其如聚丙烯、聚 乙烯或任何撓性有機聚合物片材。正常之塑膠薄膜將係 連續而無針孔疵點。此項性質可能抑制各陶瓷曆間的融 合；蓋管可以在塑膠中造成孔隙以改善各陶瓷曆間的融 合。聚合物薄膜之缺點在於受到張力時可能伸張，這是 在薄_在施工時所可能遭遇者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在可燃片材中之孔隙可使片材實質上比無孔者較厚。 例如，超過1 . 0毫米厚之孔性紙張依然可Μ容許相鄰各 陶瓷層在互栢接觸並在燒製後共同融合。處置事項包括 片材本身相關之所有程序，例如，Η材的收捲和展釋， 也包括所有關於片材與陶瓷料結合的程序。比較上，非 孔件片材應在實質上比較薄，使在各陶瓷曆間達成若干 融合。如果片材變為更薄，則片材將更具撓性而受到拉 伸。這樣的性質造成片材較難被處置。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 515783 Α7 Β7 五、發明説明（I3) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 因為本發明利用片材作為製程中之支持物，故其機械 件質甚為重要。在一具體例中，例如陶瓷物件為圓筒形 ,是一小口，注管或塞桿而用於熔融金屬之操作。一可 燃有機Η材從釋放輥上被釋開而水平輸向收捲輥。在兩 輥之間，片材被舖複Μ可熔粒狀陶瓷料至厚度在約〇 . 5 毫米與約1 0毫米之間。在製程當中，陶瓷層之組成與厚 度可Μ予一或多次改變。片材將具有至少等於陶瓷層厚 度約十分之一之厚度。較薄之Η材如機槭強度充份也可 使用。較厚的Η材如有需要也可使用。較佳者，片材厚 度約在0 , 0 5毫米與0毫米之間。 陶瓷材料在片材上澱積之後被壓實Κ增加陶瓷層的密 度。陶瓷曆應緊密Κ至足使易於處置，但仍須有足夠之 撓性使被彎曲而不斷裂。附有經過壓實的可熔陶瓷的片 材被收捲於輥上。在達到收捲輥上所需之厚度時，將收 捲輥移去。在收捲輥上的材料可能包含陶瓷物件，或可 能被讀捲成另一形狀或繞於另一陶瓷件上的材料。在此 種形態中，片材各層之旋繞和陶瓷材料被積入於陶瓷物 件之內。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 重繞已簧密之陶瓷/片材允許Μ第二種已實密之陶瓷 /片材與原先之一種共同旋繞。Κ此情形，兩種實質上 不同的陶瓷組成物可以密切融合形成完成的物件。例如 ，一種耐熱徒震性優之陶瓷料可Κ用耐侵蝕性良好之陶 瓷料交替層次疊成層。完成之物件可得到耐熱徒震性優 而耐侵蝕性良奸之利益。在相同情形中，一種第三、第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 515783 A7 B7 五、發明説明（l4 ) 四或更多的陶瓷組成物可K共同旋繞而獲得適當之性質。 在形成最後形狀之後，旋繞卷被壓成工件。施壓可K 利用仟何習知方法，例如普通之三因次物品，可K用均 壓壓製。然後將工件燒於必需之溻度使融合。燒製溫度 當然依陶瓷之組成而定。燒製溫度也可K依據若干其他 因素，其如燒製時間和製成物中所希望之孔性。此等參 數為熟悉此技術者所習知。燒製成，得到完成之陶瓷物 件。 雖然本發明之物件可K用Η材生產，但生產所揭示物 件之較佳方法包括將陶瓷粒子置套殼中並壓實已填充之 套殻。在用片材方法中所用之技術也可施於用套殼者。 與在片材上之懕實不同，壓實之套殼因為陶瓷粒子完全 容納於套殼之內而呈現易予操作陶瓷粒子之方法。在比 較上，在片材表面壓實之陶瓷料如果Μ材翻轉甚或側傾 則會掉落。Κ陶瓷粒子填入套殼，通常涉及之技術與製 作香腸相似，其中陶瓷料被置入一料斗中並驅之進入套 殼。填妥之套殼被壓實，經壓實之套殼可被操作於任何 造成物件之情形。方便之途，套殼被壓實於一對輥子之 間，但麗輥在其些環境中亦可被採用。自然，被饋入套 殻的陶瓷粒子之類型隨時可Κ隨所製物件之類型和所需 件質而改變。例如，一種耐熱徒震性之陶瓷料可被用於 外殼填充之一個階段，而一種耐侵蝕性的組成物可被用 於稍後之階段。有呰具有各種不同的陶瓷組成物之套殼 甚牵可以共同裹繞或共同壓製而燒成物件。 一 1 6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ml衣· ,訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 515783 A7 B7 五、發明説明（l5 ) 如所說明，套殼可為任何類型之管狀材料，其如紙或 合成之管，但在實用上，較佳材料為一種棉紗布。棉紗 布不貴，易取得，可熱解，而且由含有許多孔隙而十分 開闊的纟扁織所構成。棉紗布可以在張力下被置於完全張 開的織目。棉紗布也可Μ用膠合劑、石墨、或任何其他 有利於製程之物質浸潰。須予敘明者，與片材所產物件 不同，Κ套繞經過壓實套殼而產生之物件具有一種形態 ，其特徵為一曆陶瓷料之Μ兩層套殻。實際上，兩種不 同之層次可Κ作為一曆考慮。經過壓實的套殼可Μ視如 片材；因此，可Μ預期有第二甚或第三層陶瓷粒子可Μ 被置於壓實套殼的外表面上。在任一具體例中，於完工 物件内之各_可能有除在片材所產物件中應有嚴密交替 之陶瓷/基質等餍之外者。 不論採用片材或套殻之方法，所產陶瓷物件將同為圓 筒形，而目.也可能含有腹腔。小口和注管自然均含一腹 腔。腹睽易Κ已塗覆之片材或已填充之套殼繞於一個模 S h而在完成之物件內形成。壓合和燒製則構成有腹腔 之陶瓷物件。含有第一和第二種材料之各層是繞腹腔向 外旋讓；雖然旋讓不須同心，而旦甚至可K在物件之内 夾插入其他零件，或依完工物件所需形狀而改變。 製法並不限於做成圓筒形物。其他各種形狀也可形成 。用片材產牛之物件，片材至少約為0* 〇 0 5毫米至約0 · 5 毫米；雖然較薄或較厚之片材也可依製作條件而採用。 此外，陶瓷不是必須在壓合之前壓實。例如，一種產生 -17 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

515783 A7 B7 五、發明説明（16) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 簡頭板狀產品之方法，可K放下一片材，置上粒狀可熔 融陶瓷材料放Η材上，放上第二片材和第二層陶瓷材料 ，並繼續交替各層，直至達到所要求的厚度。此種方法 也可用於製造滑動門板。然後整個物件被壓合和燒製形 成多層物件。用套殻法的製法甚至比用片材之製法更有 多樣用途。套殼對保持陶瓷料於定位因此有較大的功效。

餍化的物件可Μ被埋入甚或完全包封於非曆化物之中 。此方法可能特別適用於商品在特定之點阻遏裂開。例 如，用於渣道之鋼料連續鑄造的副遮板，承受極端的熱 應力、化學侵襲和蝕化。在渣道遮板內曆化物件之夾入 物可W有效阳遏裂痕，並使得Κ利用更耐侵蝕的陶瓷物。 奮_例I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一批厚度為0 , 0 5毫米之孔性紙張從紙輥上放開。紙張 被依預定長度切斷整平。一種可熔粒子陶瓷組成物的標 準混合物被澱積於紙上。此混合物含有5 0 - 5 5重量百分 比之氧化鋁，1 3 - 1 7重量百分比之氧化矽，和3 0 - 3 5重 景百分比之石墨。組成物是被選出作為用於連續鑄入熔 融鋼料之小口之陶瓷混合物之代表。在紙上之陶瓷混合 物被壓實牵成1 . 〇毫米厚度，然後將已塗好之紙連續包 括於一鋼質模S直至達到所需之厚度。在模S上已塗覆 之紙被均衡壓緊於陶瓷粒子，因而形成一工件。此工件 被燒於遷原氣氛中牵達1 0 0 0 °C之溫度Κ形成一陶瓷物件 。將此陶瓷物件切割成用於破裂模量（MO R )試驗作為試 件。此多曆片材具有等於170,000爾格/平方厘米之平 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 515783 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（1?) 均裂口效果，而相較之標準件儀具4 2 , 0 0 0爾格/平方厘 米之平均裂口效果。 奮敝例π 本發明之一種管狀物件是Μ —種粒狀陶瓷混合物加入 進料斗之第一開口端而製作。所用陶瓷組成物與前列實 肺例所用者相同。用一種醫藥級棉紗布管置於料斗之第 二開口端。陶瓷料從料斗被擠入棉紗布管。此袖管從兩 個輥子被袖出而將管內的陶瓷料壓實。經壓實的袖管包 於模心週圍而形成圓管。包裹之袖管被均衡壓至2 0 , 0 0 0 p s U磅/平方时）並燒於還原氣氛而在1 〇 〇 〇 °C Κ下。 奮嫵例I 將粒狀氧化矽-石墨壓入棉紗布管並形成一個有十二 曆氯化鋁-石墨之圓環。各層厚度小於5毫米。用圓環 在渣道做成一個副遮板，並K遮板體予完全包封。將遮 板置入於2 9 Ο 0T之熔融鋼料中至圓環之水平。到達溫度 後，將遮板取出並噴水K模擬極端之熱徒震狀況。遮板 外部存圓環之水平部裂開。在將遮板縱向鋸開之後，裂 痕清晰可見，在遮板之外開始而止於多曆圓環。在無圓 環之相似遮板，裂痕延伸完全穿過遮板。由層化材料製 成之圓環被認能夠鈍化前進之裂痕前端。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — 丁 -?·口 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 515783 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（is ) 符號夕說明 1 管 2 第 相 3 第 二 相 4 厚 度 5 腹 腔 6 裂 痕 7 縱 軸 10 片 材 11 釋 放 輥 12 第 -一 材 料 13 模 芯 14 管 15 厚 度 20 套 殻 21 第 一 材 料 22 料 斗 2 3 輥 24 模 心 2 5 管 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 515783. Κ Ί/ 六、申請專利範 f 内 第88 104330號「抗熱陡震之陶瓷物件」專利案 (90年11月修正） 六申請專利範圍 1. 一種用於鑄造熔融金屬之物件，包括有： (a) 第一相（2)之多層，含有粒狀碳鍵結陶瓷，各層厚 度在0.05毫米與20毫米之間； (b) 第二相（3)之一層，置於相鄰各第一相層（2)之間， 第二相（3)之層厚度在0.005毫米至2毫米之間，且第二 相（3)之層與相鄰各第一相（2)各層間構成弱化界面。 2·如申請專利範圍第1項之物件，其中第二相（3)含有一種 有機材料之熱解殘餘物。 3.如申請專利範圍第1項之物件，其中第二相（3)含有碳 纖維。 4·如申請專利範圍1項之物件，其中第二相（3)含有一金 屬網。 5·如申請專利範圍第1項之物件，其中該物件爲一滑動門 板。 6.如申請專利範圍第1項之物件，其中該物件具有縱軸（？） 而實質爲圓筒之形狀，且第一相（2)和第二相（3)之各層 旋繞於縱軸（7)上。 7·如申請專利範圍第6項之物件，其中該圓筒形狀具有界 定一腹腔（5)之內表面。 8.如申請專利範圍第1至6項中任一項之物件，其中該物 件至少局部包封於非層化之物中。 515783 六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第1至第6項中任一項之物件，其中在 於至少有一第一相（2)層之組成與相鄰之第一相（2)層者 不同。 10·如申請專利範圍第1至第6項中任一項之物件，其中 該物件至少有一第一相（2)層具有良好之耐侵蝕性，且 至少有一第一相（2)層具有良好之耐熱徒震性。 11·一種用於連續鑄注熔融金屬之噴嘴，含有： (a) —種具有縱軸（7)之物體，該物體具有一外表面 和一界定一腹腔（5)之內表面，該腹腔（5)平行於縱軸 (7),且物體所具有之壁厚（4)以外表面和內表面界定； (b) 多個第一相（2)層旋繞於物件之縱軸（7)，各層含 有碳鍵結之粒狀陶瓷，每層具有約爲1毫米與約5毫 米間之厚度，並有足夠之層數使含有壁之厚度； 和 (c) 在相鄰之第一相（2)層之間，至少有一第二相（3) 層，該第二相（3)層具有在0.005毫米與1毫米間之厚度， 並含有可燃材料之熱解殘餘物。 12. 如申請專利範圍第11項之噴嘴，其中該噴嘴至少含有3 層第一相（2)和2層第二相（3)。 13. —種製造用於放熔融金屬之物件之方法，包括： (a) 放開一具有在0.005毫米與2.0毫米之間厚度之 片材； (b) 於片材之上澱積一種粒狀陶瓷組成物，其係能形 成碳鍵結且厚度在0.05毫米與20毫米之間； -2-

   曹 515783 六、申請專利範圍 (C)由片材和陶瓷組成物交替層積以至達到所需厚 度（4，15); (d) 壓合各層使形成一工件；和 (e) 燒製該工件於充份之溫度以形成一碳鍵結材料。 14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該方法包括在交 置他層之前先壓實陶瓷組成物於片材之上。 15. —種製造用於熔融金屬之物件之方法，包括； (a) 放開一具有在〇·〇〇5毫米與0.1毫米之間厚度之片 材； (b) 於片材上澱積一種粒狀陶瓷組成物其係能形成碳 鍵結且厚度是在0.05毫米與10毫米間； (c) 壓實該陶瓷組成物； (d) 收捲片材與陶瓷組成物於一中心點直至達到所需 之厚度（4，15)，因而第一相（2)層和第二相（3)層由中心 點向外纏繞； (e) 壓合各層使形成一件；和 (f) 燒製該件於充份之溫度以形成一碳鍵結材料。 16·如申請專利範圍第15項之方法，其中該中心點被一模 芯（13, 24)所佔據。 17. 如申請專利範圍第15項之方法，其中壓合作用是以均 衡加壓而完成。 18. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該片材爲多孔性。 19·如申請專利範圍第13項之方法，其中該片材爲可燃性。 20· —*種製造用於溶融金屬之物件之方法，包括： 515783 六、申請專利範圍 (a) 用可熔粒狀陶瓷組成物塡充於一撓性袖套； (b) 壓實已裝塡之袖套； (c) 層疊多個已密實之袖套使形成一個工件； (d) 壓合該工件；和 (e) 燒製該工件於充份溫度使融合陶瓷組成物。 21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中該袖套含有可燃 材料。 22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該可燃材料由包 括天然和合成聚合物之組合中選出之材料所構成。 23. 如申請專利範圍第20項之方法，其中該袖套爲多黾性。 24. 如申請專利範圍第20項之方法，其中壓合作用是以均 衡加壓完成。 25. 如申請專利範圍第20項之方法，其中已密實之袖套具 有在0.05毫米與10毫米之間的厚度。 26. 如申請專利範圍第20項之方法，其中層疊時包含輥壓 該密實之袖套於其本身。 27. 如申請專利範圍第20項之方法，其中層疊時包含輥壓 該密實而繞於模芯（13, 24)之袖套。 28·如申請專利範圍第13至27項中任一項之方法，其中在 方法當中陶瓷組成物被改變。 29. —種製造用於熔融金屬之物件之方法，包括： (a) 用可熔粒狀陶瓷組成物塡充於一多孔性袖套； (b) 壓實已裝塡之袖套； (c) 裹包已充塡袖套繞於一模芯（13, 24)以形成一工 -4- 515783 六、申請專利範圍 件； (d) 均衡壓合該工件；和 (e) 燒製該工件於充份之溫度使融合陶瓷組成物。