用来结合耐火陶瓷和金属的方法

专利名称：用来结合耐火陶瓷和金属的方法
技术领域：
本发明涉及耐火陶瓷，具体涉及用于玻璃成形和/或输送系统的耐火陶瓷。
背景技术：
熔制法是制造玻璃片的基本技术之一，相对于采用其他方法如浮法和狭槽拉制法 制得的玻璃片，熔制法可以制造具有优良的表面平坦度和光滑度的玻璃片。因此，发现熔制 法能有利地用于生产在制造光发射显示器如液晶显示器(LCD)时所用的玻璃基片。熔制法(具体指溢流下拉熔制法)包括将熔融玻璃供给耐火体中形成的收集槽 (称作溢流槽(isopipe))的玻璃供应管。在溢流下拉熔制法中，熔融玻璃从供应管通至收 集槽，然后在收集槽两侧从顶部溢流，由此形成两片玻璃，所述玻璃片沿溢流槽的外表面向 下然后向内流动。与熔融玻璃接触的玻璃成形和/或输送系统的表面通常由钼之类的贵金属组成。 所述玻璃供应管和其它部件的稳定性可以取决于所用的材料和构建技术。当经历等于或高 于1000°C的加工温度的时候，常规的材料会发生下垂、蠕变和/或变形，导致系统和/或部 件发生故障。人们需要解决上述问题，以及与玻璃成形和/或输送系统以及用来制造玻璃成形 和/或输送系统的部件的传统方法有关的其它缺陷。通过本发明的方法和制品可以满足这 些需要和其他的需要。概述本发明涉及耐火陶瓷，具体涉及用于玻璃成形和/或输送系统的耐火陶瓷。在第一方面，本发明提供了一种用来将金属部件与陶瓷材料机械结合的方法，该 方法包括提供金属部件，该金属部件包含与该金属部件的一个表面的至少第一部分连接的 锚固材料；提供具有第一表面和第二表面的陶瓷材料，所述陶瓷材料限定从所述第一表面 延伸到第二表面的至少一条通道，所述至少一条通道具有由第一表面限定的第一开放端 部，由所述第二表面限定的第二开放端部，连续的侧壁和截面积；设置所述陶瓷材料，使得 所述至少一条通道的至少一部分与所述锚固材料的至少一部分叠置对齐；将结合剂施加到 所述至少一条通道的至少一部分中。在第二方面，本发明提供采用上述方法制造的制品。在第三方面，本发明提供了一种制品，该制品包括金属部件；与所述金属部件的 至少一部分连接的锚固材料；以及具有第一表面和第二表面的陶瓷材料，所述第一表面和 第二表面限定从所述第一表面延伸到所述第二表面的至少一条通道，所述至少一条通道具有连续的侧壁和截面积，所述陶瓷材料设置在所述金属部件的外表面的至少一部分上，与 所述锚固材料的至少一部分叠置对齐；所述至少一条通道的至少一部分包括结合剂，所述 锚固材料的至少一部分基本上嵌入所述结合剂的至少一部分中。在以下详细描述、附图和任一权利要求中部分地提出了本发明的另外一些方面和 优点，它们部分由详细描述得到，或可以通过实施本发明来了解。通过所附权利要求书中特 别指出的要素和组合将会认识和获得下述优点。应理解，前面的一般性描述和以下的详细 描述都只是示例和说明性的，不构成对所揭示的本发明的限制。附图简要说明附图被结合在本说明书中，并构成说明书的一部分，


了本发明的一些方 面，并与描述部分一起用来说明本发明的原理，但不构成限制。在所有的附图中相同的附图 编号表示相同的元件。图1是根据本发明的各个方面，拆开的多孔蛤壳件和焊接有网片的金属部件的示 意图，图2是根据本发明的各个方面，组装的多孔蛤壳件的示意图。图3是根据本发明的各个方面，多孔蛤壳部件和多个铸孔的俯视图，通过该孔可 以看到网片和热电偶焊接点。图4是根据本发明的各个方面，单独的铸孔的截面图，图中显示铆钉形的可浇铸 陶瓷的机械结合将金属部件和蛤壳部件结合在一起。图5是根据本发明的各个方面，另一种设计的分解示意图，其中两块平坦的多孔 板各自设置在所述金属部件的相反侧。详细描述参见以下详细描述、附图、实施例、权利要求书以及之前和以下的描述，可以更容 易地理解本发明。但是，在揭示和描述本发明的组合物、制品、器件和方法之前，应理解，除 非另有规定，本发明不限于揭示的具体组合物、制品、器件和方法，因此当然是可以改变的。 还应当理解本文所使用的术语仅为了描述特定的方面而不是限制性的。提供以下对本发明的描述，作为按其目前已知实施方式来揭示本发明内容。因此， 相关领域的技术人员会认识并理解，可以对本文所述的本发明的各方面进行许多变化，同 时仍能获得本发明的有益的结果。还显而易见的是，本发明所需的有益结果中的一部分可 以通过选择本发明的一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域技术人员会认识 到，对本发明的许多更改和修改都是可能的，在某些情况下甚至是希望的，并且是本发明的 一部分。因此，提供的以下描述作为对本发明原理的说明而不构成对本发明的限制。揭示了可用于、可结合使用、可用于制备所揭示的方法和组合物的产物的材料、化 合物、组合物、以及组分或所述材料、化合物、组合物、以及组分就是所揭示的方法和组合物 的产物。在本文中揭示了这些和其它的材料，应当理解，揭示了当这些材料的组合、子集、相 互关系、组等而未明确地揭示每个不同的单独的和集合的组合的具体参考以及这些化合物 的排列组合时，在本文中具体设想和描述了它们中的每一个。因此，如果公开了一类替代组 分A、B、和C以及一类替代组分D、E、和F和组合实施方式A-D的实例，则即使没有单独地陈 述每一个，也可单独地和共同地设想每一个。因此，在本实例中，具体设想了以下组合A-E， A-F，B-D,B-E, B-F，C-D, C-E和C-F中的每一个，应认为以上这些都是从A，B和C ；D, E和F ；
5以及实例组合A-D的内容揭示的。同样，也具体设想并揭示了上述的任何子集或组合。因 此，例如，具体设想了 A-E，B-F和C-E的亚组，并应认为它们是从A，B和C ；D，E和F ；以及实 例组合A-D的内容揭示的。这种概念应用于本发明内容的所有方面，包括但不限于组合物 的任何组分以及所揭示组合物的制备方法和使用方法中的各步骤。因此，如果存在可进行 的多个附加步骤，应当理解可通过所公开方法的任一特定实施方式或实施方式的组合来进 行这些附加步骤中的每一个，而且可具体设想每一个这样的组合且应当认为它是公开的。在本说明书和下面的权利要求书中，提到许多术语，规定这些术语具有以下含 义如本文中所用，单数形式的“一个”，“一种”和“该”包括复数的对象，除非文本中 有另外的明确表示。因此，例如，提到“组分”包括具有两种或更多种这类组分的方面，除非 文本中有另外的明确表示。“任选的”或“任选地”表示随后描述的事件或情形会或不会发生，而且该描述包括 事件或情形发生的实例和事件或情形不发生的实例。例如，词语“任选取代的组分”表示该 组分可以被取代或者不能被取代，并且该描述包括本发明的未取代的和取代的两个方面。在本文中，范围可以表示为从“约” 一个具体值和/或到“约”另一个具体值。当 表示这样一个范围的时候，另一个方面包括从一个特定值和/或到另一特定值。类似地，当 使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值形成另一个方面。还应理解，每个 范围的端点值无论是与另一个端点值有关，还是与另一个端点值无关，都是有意义的。除非有具体的相反表示，否则，如本文所用的，组分的“重量％ ”或“重量百分数” 或“重量百分比”表示以百分数表示的组分的重量相对于包含该组分的组合物的总重量的 比值。如前文和参照附图进行的简述，本发明提供了一种例如用来在玻璃成形系统的输 送管中，将金属部件和陶瓷材料机械结合的方法。在以下参照附图详细描述的其它方面中， 本发明的方法包括使用金属部件20、陶瓷材料50、以及锚固材料，例如金属网34或许多金 属颗粒32，在所述金属部件20和陶瓷材料50之间提供牢固的机械结合。尽管本发明的方法不限于特定的应用，但是该方法可以用来减少以及/或者消除 玻璃成形和/或输送系统中的部件的下垂。用于玻璃成形和/或输送系统的常规材料可能 会在使用的过程中发生显著下垂，这是因为在操作温度下的机械强度通常不足以支承部件 本身的重量。本发明提供了一种使用锚固材料帮助陶瓷材料和金属部件的结合，从而改进 玻璃成形和/或输送部件的强度和耐久性的方法。本发明提供了一种将陶瓷材料与金属机械结合的新颖方法。本发明提供了一种方 法，用来将锚固材料与金属部件连接，然后与位于金属部件之上或周围的陶瓷材料连接。可 以通过将结合剂置于陶瓷材料中的一个或多个孔或通道中，从而将陶瓷材料与金属部件连 接，其中至少一部分所述结合剂与金属部件上的锚固材料机械结合。所述陶瓷材料可以为 金属部件提供支承，从而延长金属部件的使用寿命，而且允许使用更薄的金属部件。在一些 应用中，例如在玻璃成形系统中，当金属部件包含贵金属的时候，使用较薄的金属部件可以 显著地节约成本。陶瓷材料本发明的陶瓷材料可以是任何适合与金属部件结合的陶瓷材料。所述陶瓷材料可以包括耐火氧化物，例如&02，SiO2, CaO, MgO, Al2O3，其它耐火氧化物，以及/或者它们的 混合物。所述陶瓷材料可以包括具有各种组成、粒度和相的单独或多种陶瓷材料。所述陶 瓷材料还可以包含添加剂和/或烧结助剂。在一个方面，所述陶瓷材料能够适合于常规的 玻璃成形和/或输送系统。在各个方面，所述陶瓷材料能够耐受玻璃成形和/或输送系统 常见的温度，例如高达约1，400，1，450，1，500，1，600，1，650，或1，700°C，或更高。陶瓷材料 可以在市场上购得，本领域技术人员可以容易地选择适合用于特定制品和/或应用的陶瓷 材料。在一个方面，所述陶瓷材料包含氧化铝和/或氧化锆材料，例如购自美国康涅狄格 州恩菲尔德市(Enfield，Connecticut，USA)的艾姆哈特玻璃制造有限公司(Emhart Glass Manufacturing, Inc.)的高密度、高纯度氧化铝或氧化锆。本发明的陶瓷材料可以包含一片或多片相同或不同的独立的陶瓷材料。如果使用 多片，每个独立的片可以与另一片相邻地设置，或与另一个片部分或完全地叠置对齐，例如 形成多层壳设计。在一个方面中，所述陶瓷材料的材料强度足以在预期应用的操作温度下抗变形和 /或下垂。例如，用于玻璃输送系统的陶瓷材料的强度应当适于耐受约1400°C或更高的温 度而不发生蠕变或下垂。所述陶瓷材料可以以任何适于预期用途的形式和/或形状提供。在一个方面，陶 瓷材料是片材商品，例如平板。可以将一块或多块这样的板与金属部件的一个或多个表面 连接，以提供例如结构支承。在一个方面中，将单独的包含陶瓷材料的板放置于金属部件的 一个表面上，并与该金属部件的该表面连接。在另一个方面，将两个或更多快板放置在金属 部件的各表面上并与之连接。任意两片或更多片陶瓷材料(例如板)未必具有相同的几何 结构和/或组成，包括相同和不同几何结构和组成的方面都包括在本发明中，成为本发明 的部分。在一个具体实例中，所述金属部件是挠性管子，两块陶瓷板设置在所述挠性金属管 相反的外表面上，并与之连接。在另一个方面，所述陶瓷材料是以下的一片或多片陶瓷材料，其成形为预定形 状，使得例如所述一片或多片陶瓷材料的内部尺寸可以与连接该陶瓷材料的金属部件的外 部尺寸轮廓相匹配。在一个具体方面，如图1、2、3和5所示，所述陶瓷材料包括在挠性金属 管周围形成蛤壳件的一片或多片。在一个这样的具体方面中，各个独立的陶瓷材料片可以 形成蛤壳结构的上半部或下半部。在这样一个方面中，每个独立的片可以具有不同的长度， 例如长度约为6-36英寸。在一个具体方面，每个独立的片的长度约为12英寸。所述陶瓷材料的厚度可以是适于预期应用的任意厚度，可以根据一些因素变化， 例如所述材料将要经受的操作温度，蠕变强度，以及所述材料的形状和几何结构设计。在各 个方面，所述陶瓷材料的厚度可以约为0. 25-4英寸，例如约为0. 25，0. 35，0. 4,0. 5,0. 55， 0. 6,0. 75，0. 8,0. 9,0. 95，1，1. 25，1. 5，2，2. 5，3，3. 5 或 4 英寸。在一个具体方面，陶瓷材料 的厚度约为0. 5英寸。在另外的方面，陶瓷材料的厚度可以小于0. 25英寸，或者约大于4 英寸，本发明不限于任意特定的厚度。本发明的陶瓷材料50或其任意独立的片可以具有一个或多个从其第一表面延伸 到第二表面的孔52。所述孔可以描述为由陶瓷材料限定的通道52，每一个或多个通道具 有由陶瓷材料的第一表面限定的第一开放端，以及由陶瓷材料的第二表面限定的第二开放 端。所述一个或多个通道各自具有连续的侧壁和横截面积。如果存在通道的话，任意两个或多个通道可以具有相同的或不同的尺寸、形状、轮廓和/或横截面积。在一个方面，提供的给定的陶瓷材料片可以是没有任何所述孔或通道的实心平面 材料，或者在该片中可以包括例如在所述陶瓷材料的铸造或成形过程中预先形成的一个或 多个所述孔或通道(图5)。所述孔或通道可以位于预定的位置，使得通道的至少一部分可 以与锚固材料的至少一部分对准，所述锚固材料与陶瓷材料要固定的金属部件20连接。如 果提供的陶瓷材料没有通道，或者通道不足以牢固地连接于金属部件，则可以通过例如钻 出从陶瓷材料的第一表面延伸到第二表面的孔，形成一条或更多条通道。陶瓷材料中任意一条或多条通道的尺寸或轮廓可以与任意其它的通道相同或不 同。在一个方面，陶瓷材料中多个通道全部具有相同或基本相同的尺寸，并且具有相同或基 本相同的侧壁轮廓。在另一个方面，两个或更多个通道具有不同的尺寸，并且/或者具有不 同的侧壁轮廓。在各个方面，任意一个或多个通道的直径可以约为0. 75-1英寸，例如约为 0. 75，0. 8,0. 85，0. 9,0. 95或1英寸。在另外的方面，任意一个或多个通道的直径可以约小 于0. 75英寸，或者约大于1英寸，本发明不限于任意特定的直径。任意一个或多个通道的侧壁轮廓可以具有任意合适的设计，使得当陶瓷材料同金 属部件和与之连接的锚固材料对准的时候，可以在通道的至少一部分中施加结合剂，流过 锚固材料的至少一部分以及/或者在锚固材料的至少一部分周围流动，当固化并且/或者 凝固的时候，提供机械结合作用，将陶瓷材料与金属部件连接。在各个方面，任意一个或多 个通道的侧壁可以是直的、弯曲的、成一定角度的、或者成阶梯状的。在一个方面，所述任意 一个或多个通道的侧壁轮廓是直的。在另一个方面，所述通道的侧壁轮廓是刻槽的。在另 一个方面，所述通道的侧壁轮廓是哑铃形的。在另一个方面，所述任意一个或多个通道的侧壁轮廓是阶梯状的，使得第一表面 处以及/或者第二表面处的通道截面积大于通道其它位置的截面积，如图4所示。在一个 具体方面，所述通道在第一表面和第二表面处的截面积大于通道中部的截面积。所述侧壁 轮廓可以通过以下方式获得例如沿着与通道的轴对齐的方向，在第一表面和/或第二表 面上钻出直径大于通道直径的扩孔54。优选对任意一个或多个通道的侧壁轮廓进行设计，形成铆钉形结合剂主体，一旦 该结合剂固化和/或烧结，该结合剂主体便固定就位。这样的互锁连接使得金属部件和陶 瓷部件更紧密地配合。金属部件本发明的金属部件20可以是任何适合与陶瓷部件机械结合的部件。尽管本文中 关于玻璃成形和/或输送系统进行描述，但是本发明可以用于任何其中金属部件可与陶瓷 材料机械结合的应用，本发明不限于玻璃成形和/或输送系统。在一个方面，所述金属部件 是在经历高温的时候会发生变形的金属部件，例如玻璃成形系统中常用的那些金属部件。 在一个方面，所述金属部件是玻璃成形系统的一部分。在一个具体方面，所述金属部件是玻 璃输送管的金属部分。在另一个方面，所述金属部件是可以制造成玻璃成形和/或输送系 统的一部分的部件，例如片材。所述金属部件的具体尺寸和/或几何结构可以根据预期的 应用变化。在一个方面，金属部件的厚度可以约为0.010-0. 125英寸或更大，例如其厚度约 为 0. 01,0. 015,0. 02,0. 025,0. 03,0. 035,0. 04,0. 05,0. 06,0. 08,0. 9,0. 1 或 0. 125 英寸。在 一个具体方面，所述金属部件的厚度可以约为0. 040英寸。在另一个方面，所述金属部件的
8厚度可以约为0.010英寸。在其它各个方面，所述金属部件的厚度可以小于0. 010英寸或 者大于0. 125英寸，本发明不限于特定的厚度。应当理解，一个或多个金属部件的厚度可以 变化，任意独立的金属部件的厚度可以在该金属部件的各个部分是不同的。金属部件的具体形式可以是适于预期应用的任意形式，例如管子或片材。在一个 方面，所述金属部件是管子。在一个具体方面，所述金属部件是本文所述由金属片形成的 管子。所述管子可以通过对金属片的边缘进行缝焊，形成管子而制得。管子的任意截面的 具体几何结构和/或形状可以变化，本发明不限于任意特定的几何结构。在一个方面，所述 管子是挠性的，当从中流过的一种或多种流体的体积变化的时候，管子可以改变位置以及/ 或者改变形状。本发明的金属部件可以包含任意适合用于预期应用，例如用于玻璃成形系统的金 属。在各个方面，所述金属部件可以包含至少一种贵金属和/或贵金属合金，至少一种钼族 金属和/或钼族金属合金，或其组合。在一个方面，所述金属组分包含贵金属，例如金、银、 钽、钼、钯或铑。在一个方面，所述金属组分包含钼族金属，例如钌、铑、钼、钯、锇或铱。在 另一个方面，所述金属组分可以包含至少一种耐火金属，例如包含钨、钼、铌、钽、铼、及其合 金。在各个具体方面，所述金属组分包含钼和/或钼/铑合金，例如90/10重量％或80/20 重量％的钼/铑合金。金属部件和用来制造金属部件的材料可以在市场上购得，本领域技 术人员可以容易地选择合适的金属部件。锚固材料本发明的锚固材料可以与金属部件的至少一部分连接，可以提供能够与至少一部 分结合剂形成机械结合的表面。本发明的锚固材料可以是任何适用于金属/陶瓷结合应 用、并且能够与金属部件连接的材料。所述锚固材料可以具有任何能够与金属部件连接、和 与金属部件连接的结合剂形成机械结合的几何结构。在一个方面，所述锚固材料嵌入所述 结合剂60的至少一部分中并且/或者与之互锁。所述锚固材料可以包括例如金属网34，许 多金属颗粒，片状金属结构，或其组合。在一个方面，所述锚固材料是网，如金属网。金属网锚固材料可以具有许多开口， 结合剂可以流过这些开口。在一个方面，所述结合剂可以填充开口的至少一部分并凝固，在 金属部件和凝固的结合剂之间形成机械结合。金属网锚固材料可以包括能够与金属部件 连接并且保持至少一部分结合剂的任意金属网。在各个方面，所述金属网的网目尺寸约为 例如 3-80 目，例如约为 3,4,5,8,10，12，14，18，20，22，24，28，30，36，40，44，48，50，52，56， 58，60，62，64，68，70，72，74，76，78 或 80 目；约为 10-40 目，例如约为 10，12，14，18，20，22， 2428，30，32，34，36，38 或 40 目；或者约为 10-25 目，例如 10，12，14，18，20，22，24 或 25 目。 在本文中，术语“网目尺寸，，表示每线性英寸材料包括的开口数量。在一个方面，所述金属 网是20目的网。在另一个方面，所述金属网是10目的网。在各种其它的方面，金属网的网 目尺寸可以小于3目或大于80目，本发明不限于特定的网目尺寸，前提是金属网可以允许 结合剂流过并且/或者填充网开口的至少一部分，凝固，然后形成机械结合。在一个方面， 所述锚固材料能够嵌入或基本嵌入结合剂的至少一部分中。在各个方面，金属网可包含标称直径如下的金属丝例如约0. 003-0. 060英寸，例 如约 0. 003,0. 006,0. 009,0. 012,0. 015,0. 018,0. 020,0. 025,0. 030,0. 036,0. 040,0. 044， 0. 050,0. 058，或 0. 060 英寸；或者约 0. 005-0. 020 英寸，例如约 0. 005,0. 008,0. 010，0. 012，0. 018，或0. 020英寸。在一个方面，所述金属网可包含标称直径为0. 008英寸的金 属丝。在另一个方面，所述金属网可包含标称直径为0.010英寸的金属丝。在各种其它的 方面，所述金属网可包含标称直径小于0. 003英寸或大于0. 020英寸的金属丝，本发明不限 于特定的金属丝直径。金属网可以是例如纺织的、编织的或其它物理形式，本发明不限于特 定的金属网形式。在一个方面，所述金属网是纺织的。例如，所述金属网的尺寸可以根据所 需制品的大小和尺寸以及结合剂的性质(例如流变性)变化，前提是金属网能够允许结合 剂流过并且/或者填充所述网开口的至少一部分，凝固，然后形成机械结合。在一个方面， 金属网能够与施加于其上的至少一部分结合剂互锁或嵌入该结合剂的至少一部分中。在 另一个方面，当要施加的流体结合剂的粘度足够低，使得至少一部分结合剂能够流过并且/ 或者填充网开口的至少一部分的时候，可以采用具有小网目尺寸的金属网。在另一个方面， 当要施加粘度更高的结合剂的时候，使用具有大网目尺寸的金属网。可以对金属网的网目 尺寸以及金属丝直径进行选择，以耐受特定的应力，例如操作条件下经受的特定的应力。本发明的锚固材料可以包含能够与金属部件连接的金属颗粒。所述锚固材料可 以包括分散在金属部件的至少一部分表面上的许多金属颗粒。如果锚固材料包含金属颗 粒，则锚固材料的金属颗粒可以具有规则形状，不规则形状以及/或者变化的形状。所述 金属颗粒未必具有特定的形状，即所有金属颗粒未必都具有相同的形状。如果存在许多金 属颗粒，优选所述许多金属颗粒中的至少一部分的形状能够和施加在其上的结合剂机械结 合。在一个方面，对所述许多金属颗粒进行附着和设置，使得结合剂可以在所述许多金属颗 粒中的至少一部分周围流动并凝固，形成机械结合。在另一个方面，许多金属颗粒可以与 施加于其上的结合剂互锁或者保持所述结合剂。在各个方面，锚固材料的金属颗粒的直径 可以为例如约 0. 003-0. 060 英寸，例如约 0. 003，0. 006，0. 009，0. 012，0. 015，0. 018，0. 020， 0. 024,0. 030,0. 036,0. 040,0. 048,0. 050,0. 052，或 0. 060 英寸；或者约 0. 008-0. 020 英寸， 例如约0. 008,0. 012,0. 014,0. 016,0. 018，或0. 020英寸。在一个方面，所述金属颗粒的直 径约为0.016英寸。在另一个方面，所述金属颗粒的直径约为0. 020英寸。在各个其它的方 面，所述金属颗粒的直径可以小于0. 003英寸或大于0. 020英寸。如本文所用的，术语“直 径”表示例如金属颗粒的中值直径。应当理解金属颗粒的尺寸和形状可以变化，通常是分布 性质。在例如粒度分布中，分布范围的端点可以高于、等于或低于上述范围。因此，在一个 方面，所述金属颗粒的中值直径约为0. 020英寸，可以约为0. 015-0. 025英寸。本发明的锚固材料可以包含片状金属结构。片状金属结构可以包括例如可以与金 属部件连接的波纹形金属片或金属成型片，可以接受结合剂并与之互锁。在一个方面，对片 状金属结构进行设计和设置，使得结合剂可以流过所述片状金属结构的至少一部分，在所 述片状金属结构的至少一部分周围和/或在其上流动，然后凝固，形成机械结合。本发明的锚固材料可以包含任意适合用于预期应用，例如用于玻璃成形系统的金 属。在各个方面，所述锚固材料可以包含至少一种贵金属和/或贵金属合金，至少一种钼族 金属和/或钼族金属合金，至少一种耐火金属和/或耐火金属合金，或其组合。在一个方 面，所述锚固材料包含贵金属，例如金、银、钽、钼、钯或铑。在另一个方面，所述锚固材料包 含钼族金属，例如钌、铑、钼、钯、锇或铱。在另一个方面，所述锚固材料包含耐火金属，例如 钨、钼、铌、钽或铼。在各个方面，所述锚固材料包含钼和/或钼/铑合金。在一个具体的方 面，所述锚固材料是钼。在另一个具体的方面，所述锚固材料是钼/铑(80/20)合金。在又一个具体的方面，所述锚固材料是钼/铑(90/10)合金。所述锚固材料可以包含单独的金属或者多种金属。另外，如果所述锚固材料包括 多个独立的片，例如许多金属颗粒、一片或多片金属网、或其组合，则各个独立的片可以具 有相同或者不同的组成。任意的一片或多片锚固材料(例如金属网)的尺寸和/或形状可 以变化，可以与其它的锚固材料片相同或不同。在各个方面，锚固材料可以是正方形，圆盘 形，或者是一条金属网材料，本发明不限于任意特定的尺寸和/或形状。特定锚固材料的组 成可以与金属部件的组成相同或不同，前提是所述锚固材料能够与所述金属部件相连接。 在一个具体的方面，所述锚固材料包括网目尺寸为20目的金属网，其标称金属丝直径约为 0. 008英寸，由钼/铑(90/10)合金组成。锚固材料，例如钼网和钼颗粒可以在市场上购得， (例如购自美国马萨诸塞州沃德希尔市(Ward Hill,Massachusetts,USA)的阿尔法埃塞公 司(Alfa Aesar))，本领域技术人员可以容易地选择合适的锚固材料。锚固材料的连接在一个方面，可以如本文所述为本发明的金属部件提供一种或多种锚固材料，所 述锚固材料与金属部件的至少一个表面连接。在另一个方面，可以不为金属部件提供与之 连接的锚固材料或者为金属部件提供不足量的锚固材料，一个或多个锚固材料可以随后连接。本发明的锚固材料可以与金属部件的一个表面的至少一部分连接。当锚固材料只 需要以足以与至少一部分结合剂形成机械结合的量和位置存在的时候，锚固材料未必完全 覆盖金属部件。在一个方面，所述锚固材料以不连续的方式与至少一部分金属部件连接，使 得锚固材料不以连续层的形式存在。在进行连接之前，可以任选地对金属部件，例如钼合金片进行清洁，以除去油和其 它表面污染物和杂质。可以例如使用常规的洗涤剂、表面活性剂和/或溶剂进行这样的清
洁步骤。可以任选地在连接之前使用例如化学技术和/或机械技术使金属部件的表面变 粗糙。在一个方面，可以通过喷砂和/或喷丸处理使得要与锚固材料连接的金属部件表面 变粗糙。在另一个方面，可以通过化学蚀刻技术使得要与锚固材料连接的金属部件表面变 粗糙。清洁或变粗糙步骤未必在连接之前进行。本发明的锚固材料可以分布在金属部件的一个表面的至少一部分上。在一个方 面，所述锚固材料可以多个离散的位置的形式设置在金属部件表面的至少一部分上。例 如，包含金属网的锚固材料可以是设置在金属部件表面上的单片金属网，或者是多片金属 网。在一个方面，所述与金属部件表面连接的一片或多片锚固材料可以设置在预定的位置， 所述位置对应于用来要与金属部件连接的所述陶瓷材料的一个或多个通道。在一个方面， 设置了一片锚固材料，使得所述锚固材料的至少一部分与通道开放端的至少一部分叠置对 齐。在另一个方面，设置了一片锚固材料，使得所述锚固材料和要与之连接的所述陶瓷材料 中的通道的开放端完全叠置对齐。在一个方面，可以将一片金属网切割成一定的尺寸和形状，使之与金属部件的尺 寸和形状类似和/或匹配。在另一个方面，一片金属网可以比金属部件小。由金属颗粒组 成的锚固材料可以以无规形式、以图案或以均勻形式分布在金属部件的表面上。在一个方 面，金属颗粒锚固材料均勻地分布在要施加结合剂的所述金属部件表面的该部分之上。在另一个方面，金属颗粒锚固材料可以以预定的图案分布，以促进结合，从而提高特定高应力 区域内的结合制品的强度。在锚固材料与金属部件的一部分接触之后，可以使用任意合适的技术连接所述锚 固材料。在各个方面，可以使用一种或多种焊接技术连接所述锚固材料，所述焊接技术包括 例如电弧焊，电阻焊，熔焊，点焊，缝焊，电子束焊接，超声波焊接，激光焊接，或者这些技术 的组合。在一个具体的方面，在一个或多个位置将锚固材料的至少一部分与金属部件点焊， 以便在组装过程中防止锚固材料移动。在一个方面，可以通过以下方式将锚固材料与金属 部件连接在足以使锚固材料的至少一部分与所述金属部件熔合的时间和温度的条件下对 金属部件和锚固材料加热。未必使锚固材料与金属部件完全熔合，只要足够量的锚固材料 发生熔合，使得能够结合陶瓷材料即可。在各个方面，可以在至少约1300°C、例如1，300， 1，400，1，500，1，600，1，650，1，700°C或更高的温度下，对接触的锚固材料和金属部件加热 足够的时间，使得所述锚固材料的至少一部分与金属部件的至少一部分连接，所述加热时 间例如至少约为0. 25小时，例如约为0. 25，0. 5,0. 75，1，2，4，6，8，10，12，16或24小时；至 少约2小时，例如约2，4，6，8，10，12，16，或24小时，或者至少约5小时，例如约5，6，7，8，9， 10，12，14，18，或24小时。具体的加热时间和加热温度可以变化。如果加热温度足够高，能 够将至少一部分锚固材料与至少一部分金属部件连接起来，则可使用更短的加热时间，例 如约为20分钟。在一个方面，接触的锚固材料和金属部件在大约1650°C加热大约2小时。 在另一个方面，接触的锚固材料和金属部件在大约1700°C加热大约20分钟。所述锚固材料 和金属部件可以在更高的温度下加热以及/或者加热更长的时间，前提是增加的加热不会 对材料以及/或者它们与结合剂熔合和互锁的能力造成负面影响。所述锚固材料和金属部 件可以在较低的温度加热以及/或者加热较短的时间，前提是至少一部分锚固材料能够与 至少一部分金属部件熔合。在加热过程中，可以任选地对锚固材料和金属部件施加压力，例如压缩力，以加强 和/或加快连接过程。如果施加压力的话，压力可以根据具体的材料和加热条件变化。在 一个方面，在加热过程中对锚固材料和金属部件施加至少约Ipsi的压力。在另一个方面， 在加热过程中对锚固材料和金属部件施加至少约IOpsi的压力。可以使用其它用来连接材料的技术，例如焊接和/或粘合技术，前提是使用这些 技术连接的材料在所述金属部件经历的温度下是稳定的。可以采用一种或多种技术将锚固 材料与金属部件连接。金属熔合和焊接技术是本领域已知的，本领域技术人员可以容易地 选择合适的技术和条件，将锚固材料与金属部件连接。如果金属部件最初不是以适于预期应用的形式或形状提供的，则可以在所述连接 过程之前、同时或之后，任选地将其成形为所需的形状。在一个方面，在连接过程之前，提供 钼片，将其成形为管子。在一个方面，在连接过程之后，提供钼片，将其成形为管子。结合剂本发明的结合剂可以是任何适于预期用途，能够在锚固材料和陶瓷材料之间形成 机械和/或互锁结合的试剂。这样的结合剂可以流过锚固材料(例如金属网或金属颗粒) 以及/或者在其周围流动，使得在干燥、烧制和/或固化的时候，至少一部分结合剂嵌入或 基本嵌入锚固材料的至少一部分中。在一个方面，所述结合剂是可铸的陶瓷材料，例如&02，SiO2, CaO, MgO, Al2O3，其它耐火氧化物，以及/或者它们的混合物。如本文所用的，术语结合剂可以表示一种未凝固的 材料，例如陶瓷组分的浆液或混合物，或者表示干燥的、烧制的以及/或者固化的材料，其 填充了陶瓷材料中的通道的至少一部分，嵌入或基本嵌入锚固材料的至少一部分中。在另 一个方面，所述结合剂所包含的组成与陶瓷材料的组成相同或基本相同。所述结合剂可以包括具有各种组成、粒度和相的单独或多种结合剂。所述结合剂 还可以包含添加剂和/或烧结助剂。在一个方面，所述结合剂可以包含至少一种添加剂，用 来控制和/或调节结合剂的流变性，例如粘度。在另一个方面，所述结合剂适合于常规的玻 璃成形和/或输送系统。在各个方面，所述结合剂能够耐受玻璃成形和/或输送系统常见 的温度，例如高达约 1，400，1，450，1，500，1，550，1，600，1，650，或 1，700°C，或更高。结合剂 可以在市场上购得，本领域技术人员可以容易地选择适合用于特定制品和/或应用的结合 剂。结合剂的应用在将所述一片或多片陶瓷材料和金属部件组装起来之前，可以任选地用至少一种 糊料水泥、可浇铸陶瓷、密封剂(例如玻璃料)将所述一片或多片陶瓷材料密封。如果进行 该密封步骤的话，该密封步骤可以通过防止氧气扩散到材料中，从而改进陶瓷材料的操作 寿命。如图2和3所示，在将所述一片或多片陶瓷材料与金属部件组合起来，使得至少一个 通道的至少一部分与锚固材料的至少一部分叠置对齐之后，可以使用任意合适的技术将本 发明的结合剂施加在陶瓷材料的至少一个通道的至少一部分内。在一个方面，将结合剂从 陶瓷材料的外表面施加，使得至少一部分结合剂在位于通道相反端的锚固材料的至少一部 分流过、在其周围流动、以及/或者在其上流动。根据物理性质，例如流变性，结合剂可以在 各时间施加，例如在将陶瓷材料和金属部件组装之前，前提是足够量的结合剂保留在通道 内，以便提供与位于金属部件上的锚固材料的至少一部分的所需的互锁结合。对陶瓷材料中的一个或多个通道施加结合剂的操作可以同时进行或者顺序进行。 未必在所有的通道中填充结合剂，也未必同时在所有的通道中施加结合剂。这种设计在组 装过程中的灵活性高于以前的方法。在一个方面，可以将可浇铸陶瓷结合剂，例如氧化锆与粘合剂混合，然后以糊料的 形式加入一个或多个通道中。所述结合剂的粘度应当使得至少一部分结合剂将流入与金属 部件连接的金属网锚固材料的网开口中，并填充所述网开口。在一个优选的方面，施加足够 量的结合剂，使之流过至少一部分锚固材料或者在至少一部分锚固材料周围流动，填充通 道，形成结合剂的铆钉形堵塞件。延伸超过所述通道和陶瓷材料外表面的施加的结合剂的任意部分可以任选地通 过例如擦洗、刮擦和/或研磨除去，这样陶瓷材料的外表面基本是平的。在另一个方面，施加所述结合剂，使得连接的锚固材料的至少一部分嵌入或基本 嵌入结合剂的至少一部分中。锚固材料未必完全嵌入结合剂中，前提是所述一种或多种锚 固材料发生所需程度的嵌入，使得一部分陶瓷材料与至少一部分金属部件机械结合。在一 个方面，至少一种锚固材料完全嵌入结合剂中。在另一个方面，至少一种锚固材料基本上嵌 入结合剂中，使得锚固材料与结合剂互锁。在另一个方面，金属网锚圆材料的至少一部分的 网开口被结合剂填充。在另一个方面，许多金属颗粒的至少一部分被所述结合剂的至少一 部分至少部分地包围。
可以用添加剂对结合剂的流变性质进行控制和/或调节，使得至少一部分结合剂 可以流过所述锚固材料的至少一部分、在其周围流动、以及/或者从其上流过。可以使得通 过这种方式施加的结合剂凝固或者硬化，使得锚固材料/金属部件的组合和结合剂之间形 成机械结合。在施加之后，可以使结合剂凝固。在一个方面，所述凝固可以包括在不进行另外的 步骤的情况下，使得结合剂干燥、硬化、以及/或者固化。在另一个方面，凝固可以包括对施 加的结合剂进行加热和/或烧制。在一个方面，施加的结合剂的生坯体强度可以足以用于 预期的应用。在一个方面，在烧制前可以对浇铸结合剂干燥大约10-48小时。
实施例为进一步说明本发明的原理，提供以下实施例，以向本领域普通技术人员提供对 制作和评价的本文要求保护的的方法和制品、器件的完整说明和描述。这些实施例规定为 仅是本发明的示例，不是用来限制本发明人认为是他们的发明的范围。已经努力保证数字 (如，量，温度等)的准确性，但是应说明存在一些误差和偏差。除非另有说明，否则，温度 按。C表示或是环境温度，压力为大气压或接近大气压。可以采用的工艺条件有许多变化或 组合，以达到最佳的产品质量和性能。仅需要合理的和常规的实验方法来优化这样的工艺 条件。实施例1-将铂网与铂板(预示件的)连接在第一实施例中，可以将大约10片标称金属丝直径为0. 008英寸的钼/铑(90/10 重量％)合金20目的网与钼板连接。可以将所述网片切割成大约1英寸Xl英寸的正方 形，以离散的位置的形式放置在钼板顶上。然后可以将所述网/板的组合点焊到所述板上。实施例2-连接陶瓷板(预示性的)在第二实施例中，可以提供包括大约10个孔的氧化铝板，所述孔的位置大致与实 施例1中锚固材料片的图案相同。各个孔的直径可以大约为0. 75英寸，在铝板的两个表面 上具有较大的埋头孔部分。可以将氧化铝板与钼板相邻放置，使得氧化铝板中各个孔的至 少一部分与连接于金属板的金属网对齐。然后，可以制得具有一定粘度的可浇铸的氧化铝， 使得所述可浇铸氧化铝能够流过所述金属丝网的孔。然后可以用可浇铸氧化铝填充氧化铝 板中的各个孔。然后可以使得所述可浇铸氧化铝干燥。
1权利要求
一种用来将金属部件与陶瓷材料机械结合的方法，所述方法包括a.提供金属部件，其包括与所述金属部件的一个表面的至少第一部分连接的锚固材料；b.提供具有第一表面和第二表面的陶瓷材料，所述陶瓷材料限定从所述第一表面延伸到所述第二表面的至少一条通道，所述至少一条通道具有由所述第一表面限定的第一开放端，由所述第二表面限定的第二开放端，连续的侧壁，以及横截面积；c.设置所述陶瓷材料，使得所述至少一条通道的第一和/或第二开放端中的至少一者的至少一部分与所述锚固材料的至少一部分叠置对齐；d.将结合剂施加到所述至少一条通道的至少一部分中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属部件包括许多锚固材料。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷材料限定多条通道，每条通道具有 由第一表面限定的第一开放端，第二表面限定的第二开放端，连续侧壁，以及横截面积。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)之后，所述陶瓷材料的第二表面的 至少一部分与所述金属部件的一个表面的至少一部分接触。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c)在步骤d)之前进行，步骤a)和b) 可以以任意顺序进行。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一条通道在所述第一表面和/或第 二表面处的横截面积大于该通道在至少一个其它位置的横截面积。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一条通道在所述第一表面和第二 表面处的横截面积大于该通道在至少一个其它位置的横截面积。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一条通道的连续侧壁具有阶梯状 轮廓，在所述通道中部的横截面积小于在所述第一表面和/或第二表面中至少一者处的横 截面积。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属部件包含贵金属、钼族金属、耐火 金属、或其组合。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属组分包括钼、钼合金、或其组合。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结合剂包括可浇铸陶瓷材料。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锚固材料包括以下的至少一种a.金属网，和/或b.许多金属颗粒。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锚固材料包括钼、钼合金、或其组合。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)包括将锚固材料与所述金属部件的 一个表面的至少第一部分连接。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述连接包括a.使锚固材料与所述金属部件的一个表面的至少一部分接触；然后b.在足以使锚固材料的至少一部分与所述金属部件熔合的时间和温度的条件下对所 述接触的金属部件和锚固材料进行加热。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述连接包括焊接技术。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述连接包括以下技术的至少一种电弧焊，电阻焊，熔焊，点焊，缝焊，电子束焊接，超声波焊接，激光焊接技术，或者这些技术的组I=I O
18.一种制品，其包括a.金属部件；b.锚固材料，其与所述金属部件的至少一部分连接；c.具有第一表面和第二表面的陶瓷材料，所述第一和第二表面限定从所述第一表面延 伸到所述第二表面的至少一条通道，所述至少一条通道具有连续的侧壁和横截面积，所述 陶瓷材料设置在所述金属部件的外表面的至少一部分上，与所述锚固材料的至少一部分叠 置对齐；所述至少一条通道的至少一部分包括结合剂，所述锚固材料的至少一部分基本嵌入所 述结合剂的至少一部分中。
19.如权利要求18所述的制品，其特征在于，所述结合剂包括耐火氧化物陶瓷材料。
20.一种制品，采用权利要求1所述的方法制得。
全文摘要
揭示了一种用来将金属部件与陶瓷材料机械结合的方法，该方法包括提供金属部件，该金属部件包含与该金属部件的至少第一部分连接的锚固材料；提供具有第一表面和第二表面的陶瓷材料，所述陶瓷材料限定从所述第一表面延伸到第二表面的至少一条通道，所述至少一条通道具有由第一表面限定的第一开放端，由所述第二表面限定的第二开放端，连续的侧壁和截面积；设置所述陶瓷材料，使得所述至少一条通道的至少一部分与所述锚固材料的至少一部分叠置对齐；将结合剂施加到所述至少一条通道的至少一部分中。
文档编号C03C17/06GK101925559SQ200880125900
公开日2010年12月22日 申请日期2008年11月19日 优先权日2007年11月29日
发明者D·M·莱恩曼, R·D·齐根哈根, 王文超 申请人:康宁股份有限公司