本申請(qǐng)要求于2014年3月27日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/970974的優(yōu)先權(quán)，本申請(qǐng)以該文為基礎(chǔ)，該文的內(nèi)容通過(guò)引用全文納入本申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種陶瓷氧化物主體、制造陶瓷氧化物主體的方法以及制造玻璃板的方法。

背景

氧化鋁材料被用作各種應(yīng)用的耐火材料。氧化鋁通常具有相對(duì)較高的熱導(dǎo)率(在20℃下測(cè)量時(shí)約為40W/m·K)。然而，盡管熱導(dǎo)率是一種固有屬性，但氧化鋁的熱導(dǎo)率還可取決于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的外部參數(shù)，例如但不限于孔隙率、晶粒尺寸和缺陷的密度。

例如，對(duì)于密實(shí)的氧化鋁，其熱導(dǎo)率高，但熱沖擊性能和切削性不佳。另外，對(duì)多孔氧化鋁的成形和加工會(huì)更加容易，只要該氧化鋁的孔隙率不低至?xí)?duì)耐火材料的機(jī)械完整性產(chǎn)生不利影響。然而，多孔氧化鋁的熱導(dǎo)率通常低。氧化鋁的熱導(dǎo)率還會(huì)受到純度的影響。

發(fā)明概述

下文對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了簡(jiǎn)單的小結(jié)，以提供對(duì)于詳述中所描述的一些示例性的方面的基本理解。

在本發(fā)明的第1方面中，一種陶瓷氧化物主體包含熔鑄氧化鋁粉末、細(xì)氧化鋁粉末和氧化鈦粉末。

在第1方面的一個(gè)例子中，熔化的氧化鋁粉末占陶瓷氧化物主體的約10重量％～約50重量％。

在第1方面的另一個(gè)例子中，細(xì)氧化鋁粉末占陶瓷氧化物主體的約10重量％～約50重量％。

在第1方面的另一個(gè)例子中，熔鑄氧化鋁粉末具有約44微米～約700微米范圍內(nèi)的粒徑分布。

在第1方面的另一個(gè)例子中，陶瓷氧化物主體具有約11.4％～約21.3％范圍內(nèi)的孔隙率。

在第1方面的另一個(gè)例子中，陶瓷氧化物主體在200℃下具有約10W/m·K～約14.5W/m·K范圍內(nèi)的熱導(dǎo)率。

在第1方面的另一個(gè)例子中，陶瓷氧化物主體在1200℃下具有約4W/m·K～約5.81W/m·K范圍內(nèi)的熱導(dǎo)率。

在第1方面的另一個(gè)例子中，成形裝置包括陶瓷氧化物主體。

第1方面可被單獨(dú)提供，或者以與上述第1方面的一個(gè)例子或例子的任意組合的組合形式被提供。

在第2方面中，一種陶瓷氧化物主體的制造方法包括以下步驟：對(duì)一種混合物進(jìn)行批處理，所述混合物包含熔鑄氧化鋁粉末、細(xì)氧化鋁粉末和氧化鈦粉末；使混合物成形；以及燒制成形的混合物以形成陶瓷氧化物主體。

在第2方面的一個(gè)例子中，熔鑄氧化鋁粉末占陶瓷氧化物主體的約50重量％～約99.5重量％。

在第2方面的另一個(gè)例子中，細(xì)氧化鋁粉末占陶瓷氧化物主體的約10重量％～約50重量％。

在第2方面的另一個(gè)例子中，熔鑄氧化鋁粉末具有約44微米～約700微米范圍內(nèi)的粒徑分布。

在第2方面的另一個(gè)例子中，陶瓷氧化物主體具有約11.4％～約21.3％范圍內(nèi)的孔隙率。

在第2方面的另一個(gè)例子中，陶瓷氧化物主體在200℃下具有約10W/m·K～約14.5W/m·K范圍內(nèi)的熱導(dǎo)率。

在第2方面的另一個(gè)例子中，陶瓷氧化物主體在1200℃下具有約4W/m·K～約5.81W/m·K范圍內(nèi)的熱導(dǎo)率。

在第2方面的另一個(gè)例子中，混合物通過(guò)選自以下組中的方法來(lái)成形：注漿成形、干壓、冷等靜壓、熱壓、熱等靜壓、注塑和流延成形。

在第2方面的另一個(gè)例子中，燒結(jié)在約1550℃～約1650℃之間進(jìn)行。

第2方面可被單獨(dú)提供，或者以與上述第2方面的一個(gè)例子或例子的任意組合的組合形式被提供。

在第3方面中，一種玻璃板的制造方法包括使用陶瓷氧化物主體形成玻璃板，所述陶瓷氧化物主體包含熔鑄氧化鋁粉末、細(xì)氧化鋁粉末和氧化鈦粉末。

在第3方面的一個(gè)例子中，陶瓷氧化物主體的至少一部分從加熱塊體獲得熱能。

在第3方面的另一個(gè)例子中，陶瓷氧化物主體具有約11.4％～約21.3％范圍內(nèi)的孔隙率。

第3方面可被單獨(dú)提供，或者以與上述第3方面的一個(gè)例子或例子的任意組合的組合形式被提供。

附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

參照附圖，閱讀以下詳細(xì)描述，可以更好地理解本發(fā)明的這些方面、特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他的方面、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中：

圖1是圖示一種玻璃成形設(shè)備的一個(gè)例子的示意圖，該設(shè)備包括本發(fā)明的一種示例性實(shí)施方式的成形裝置；

圖2是成形裝置沿著圖1中的線2-2的截面放大透視圖；

圖3是成形裝置沿著圖1中的線2-2的截面放大前視圖；

圖4是圖示陶瓷氧化物主體的制造方法中的示例性步驟的流程示意圖；以及

圖5是圖示玻璃板的制造方法中的示例性步驟的流程示意圖。

發(fā)明詳述

在此將參照附圖更完整地描述各實(shí)施例，附圖中給出了示例性實(shí)施方式。只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同或類似的部分。但是，本發(fā)明的不同方面能夠以多種不同的形式實(shí)施，從而不應(yīng)被理解成受限于本文提出的實(shí)施方式。

本文所用的術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)描述具體的實(shí)施方式，而不是用于限制本發(fā)明。如本文中所用，單數(shù)形式的“一個(gè)”、“一種”和“該”也包括復(fù)數(shù)的指代物，除非文本中有另外的明確表示。還應(yīng)當(dāng)理解的是，用在本說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”表示存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或加入一種或多種其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的情況。還應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語(yǔ)“粉末”不意味著只存在一種粉末。相反，術(shù)語(yǔ)“粉末”應(yīng)被理解為以聚集形態(tài)存在的多種粉末。本文中，認(rèn)為“粉末”和“顆?！本哂邢嗤奶卣?。例如，粒徑分布中的術(shù)語(yǔ)“?！北焕斫鉃榕c“粉”徑分布實(shí)質(zhì)上相同。術(shù)語(yǔ)“玻璃帶”是指由成形裝置拉制得到的玻璃，并且具有足夠低的粘度以改變玻璃厚度。術(shù)語(yǔ)“玻璃板”是指由成形裝置制造的玻璃，具有相比于“玻璃帶”更大的粘度，以使玻璃板的厚度無(wú)法被進(jìn)一步改變。還應(yīng)當(dāng)理解的是，“細(xì)氧化鋁粉末”中的術(shù)語(yǔ)“細(xì)”應(yīng)結(jié)合“熔鑄氧化鋁粉末”來(lái)理解，所述熔鑄氧化鋁粉末總體上具有比細(xì)氧化鋁粉末更大的粉末尺寸。

出于本討論的目的，“COB”代表在1580℃下對(duì)經(jīng)過(guò)完全干燥的主體進(jìn)行10小時(shí)燒制后所得到陶瓷氧化物主體。

圖1圖示了對(duì)用于之后加工成玻璃板的玻璃帶103進(jìn)行熔合拉制的玻璃成形設(shè)備101的示意圖。圖示的玻璃成形設(shè)備101包括熔合拉制裝置，盡管在其它例子中可提供其它熔合成形設(shè)備。玻璃成形設(shè)備101可包括配置成用于從儲(chǔ)料倉(cāng)109接收批料107的熔融容器(或熔爐)105。批料107可通過(guò)用電動(dòng)機(jī)113驅(qū)動(dòng)的批料輸送裝置111來(lái)引入?？蛇x的控制器115可配置成用于激活電動(dòng)機(jī)113，從而將所需量的批料107引入熔融容器105中，如箭頭117所示。可使用玻璃金屬探針119來(lái)測(cè)量豎管123內(nèi)玻璃熔體(或熔融玻璃)121的液位，并且通過(guò)通信線路125將測(cè)量到的信息傳遞至控制器115。

玻璃成形設(shè)備101還可包括澄清容器127(例如澄清管)，所述澄清容器127位于熔融容器105的下游，并且通過(guò)第一連接管129與熔融容器105流體相連?；旌先萜?31(例如攪拌室)還可位于澄清容器127的下游。輸送容器133(例如缽形料筒)可位于混合容器131的下游。如圖所示，第二連接管135可將澄清容器127連接至混合容器131，第三連接管137可將混合容器131連接至輸送容器133。如圖進(jìn)一步所示，可放置下導(dǎo)管139以將玻璃熔體121從輸送容器133輸送至成形裝置143的入口141。如圖所示，熔融容器105、澄清容器127、混合容器131、輸送容器133和成形裝置143都是玻璃熔體處理工位的例子，這些玻璃熔體處理工位可沿著玻璃成形設(shè)備101串聯(lián)設(shè)置。

熔融容器105可由諸如耐火磚(如陶瓷磚)這樣的耐火材料制造。玻璃成形設(shè)備101還可包括通常由鉑或含鉑金屬例如鉑-銠、鉑-銥及其組合制成的部件，但是這些部件還可包含例如以下的難熔金屬：例如鉬、鈀、錸、鉭、鈦、鎢、釕、鋨、鋯以及它們的合金和/或二氧化鋯或氧化鋁。含鉑部件可包括第一連接管129、澄清容器127(例如澄清管)、第二連接管135、豎管123、混合容器131(例如攪拌室)、第三連接管137、輸送容器133(例如缽形料筒)、下導(dǎo)管139和進(jìn)口141中的一種或多種。成形裝置143由陶瓷材料(例如耐火材料)制成，并且設(shè)計(jì)成用以形成玻璃帶103。

玻璃成形設(shè)備101還可包括一種或多種如圖1和2示意性圖示的加熱模塊151。加熱模塊151可位于各種位置以向玻璃成形設(shè)備101的一部分以熱能的形式提供熱量，以間接加熱玻璃帶，并且/或者被放置以直接加熱玻璃帶。例如，加熱模塊151可包括配置成加熱邊緣引導(dǎo)件223的邊緣引導(dǎo)件加熱模塊153a、153b(參見(jiàn)圖2)，以對(duì)通過(guò)邊緣引導(dǎo)件223的玻璃帶103的邊緣進(jìn)行間接加熱，并且/或者對(duì)通過(guò)邊緣引導(dǎo)件的玻璃帶的邊緣進(jìn)行直接加熱。在這些例子中，邊緣引導(dǎo)件加熱模塊153a、153b可獨(dú)立工作以在每個(gè)邊緣引導(dǎo)件處提供所需的加熱。

如圖1所示，在另一些例子中，一系列加熱模塊155a～e可沿著加熱軸間隔配置，以對(duì)經(jīng)過(guò)拉制的玻璃帶進(jìn)行直接加熱。在這些例子中，加熱模塊155a～e可獨(dú)立工作，以沿著加熱軸提供所需的熱量分布，以對(duì)通過(guò)該加熱軸的玻璃帶的橫向范圍進(jìn)行合適的加熱。

因此，在一些例子中，一個(gè)或多個(gè)加熱模塊151可位于成形裝置143的附近，以向成形裝置143的一部分和/或由成形裝置143拉制的玻璃帶直接或間接地提供熱輻射。在另一個(gè)例子中，一個(gè)或多個(gè)加熱模塊151可位于任何玻璃熔體工位的附近，例如熔融容器105、澄清容器127、混合容器131或輸送容器133的附近。在另一種情況中，一個(gè)或多個(gè)加熱模塊151可向熔融玻璃121提供熱量。

圖2是成形裝置143沿著圖1的線2-2的截面放大透視圖。如圖所示，成形裝置143可包括至少部分由一對(duì)堰限制的槽201，所述堰包含限制槽201的相對(duì)側(cè)面的第一堰203和第二堰205。成形裝置143還可包括成形楔211，所述成形楔211包含一對(duì)在成形楔211的相反端部之間延伸且向下傾斜的成形表面部分213、215。這對(duì)向下傾斜的成形表面部分213、215沿著下游方向217會(huì)聚，以形成根部219。拉制平面221延伸通過(guò)根部219，其中，可沿著拉制平面221在下游方向217上對(duì)玻璃帶103進(jìn)行拉制。如圖所示，拉制平面221可在根部219處對(duì)開(kāi)，雖然拉制平面221也可沿著相對(duì)于根部219的其他方向延伸。

可任選地使成形裝置143具有一個(gè)或多個(gè)邊緣引導(dǎo)件223，所述邊緣引導(dǎo)件223與這對(duì)向下傾斜的成形表面部分213、215中的至少一個(gè)交叉。在另一些例子中，一個(gè)或多個(gè)邊緣引導(dǎo)件可與向下傾斜的成形表面部分213、215的兩者都交叉。在另一些例子中，可將邊緣引導(dǎo)件置于成形楔211的每一個(gè)相反端部處，其中，玻璃帶103的邊緣由溢出邊緣引導(dǎo)件233的熔融玻璃形成。例如，如圖2所示，可將邊緣引導(dǎo)件223置于第一相反端部225處，而將完全相同的第二邊緣引導(dǎo)件(未在圖2中示出)置于第二相反端部處227(參見(jiàn)圖1中的223)。各邊緣引導(dǎo)件223可配置成與向下傾斜的成形表面部分213、215都交叉?？墒垢鬟吘壱龑?dǎo)件223基本上彼此相同，雖然在另一些例子中，邊緣引導(dǎo)件也可具有不同的特征。可根據(jù)本發(fā)明的一些方面使用各種成形楔和邊緣引導(dǎo)件配置。例如，本發(fā)明的一些方面可使用美國(guó)專利號(hào)3451798、美國(guó)專利號(hào)3537834和/或美國(guó)專利號(hào)7409839中披露的成形楔和邊緣引導(dǎo)件結(jié)構(gòu)，這些文獻(xiàn)分別通過(guò)引用全文而結(jié)合入本文。

圖3圖示了成形裝置143沿著圖1的線2-2的示例性的截面圖，其中圖示了加熱模塊151相對(duì)于玻璃成形設(shè)備101的示例性位置。如圖3所示，加熱模塊151可包括至少一個(gè)長(zhǎng)形電阻加熱元件251。電阻加熱元件251可為長(zhǎng)形電阻加熱元件，其被可控地彎曲或纏繞以包含多個(gè)加熱區(qū)段和連接區(qū)段。從玻璃成形設(shè)備101的角度觀察，電阻加熱元件251可包括局部加熱區(qū)域。電阻加熱元件251可被安裝至安裝塊229上，盡管該加熱元件251也可在其它例子中被安裝至其它結(jié)構(gòu)上或者獨(dú)立存在?；蛘撸娮杓訜嵩?51的一部分可部分或全部被安裝塊229或其它結(jié)構(gòu)封裝、套嵌或接收。例如，可將整個(gè)電阻加熱元件251封裝入腔室內(nèi)或嵌入(例如包封在)安裝塊229中，以通過(guò)安裝塊向目標(biāo)區(qū)域傳遞熱量。

可將加熱模塊151置于目標(biāo)表面的附近，例如置于成形裝置143的兩側(cè)(參見(jiàn)圖2)。如圖所示，可放置每個(gè)加熱模塊151，以使電阻加熱元件251的區(qū)段255以基本上平行于拉制平面221的方式延伸。在另一個(gè)例子中，可將加熱模塊151以一個(gè)角度放置，以使區(qū)段255以基本上平行于各自的目標(biāo)成形表面部分213、215的方式延伸。雖然未在圖中顯示，但在其它例子中，可根據(jù)加熱方式確定加熱模塊151的取向，以使區(qū)段255以一個(gè)相對(duì)于目標(biāo)表面的角度延伸。然而，確定基本上平行于目標(biāo)表面的取向可有助于熱量沿著加熱模塊的整個(gè)目標(biāo)加熱軌跡均勻分布?？苫谒璧哪繕?biāo)表面溫度、加熱模塊151的總加熱功率或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在確定加熱模塊151與目標(biāo)表面之間的距離方面已知的任何方法，來(lái)確定加熱模塊151與目標(biāo)表面之間的距離。

成形裝置143可具有一個(gè)或多個(gè)耐火塊體261?？蓪⒛突饓K體261置于成形裝置143與電阻加熱元件251之間，以在向目標(biāo)表面輻射熱能之前從電阻加熱元件獲得熱能。耐火塊體261可與加熱元件251接觸，以部分或全部接納電阻加熱元件251的至少一部分?；蛘?，可將耐火塊體261放置于距離電阻加熱元件251的預(yù)定間隔處。耐火塊體261可與加熱模塊151或安裝塊體229相聯(lián)?；蛘撸蓪⒛突饓K體261以獨(dú)立于加熱模塊151或安裝塊體229的方式放置。

可在玻璃帶的制造處理過(guò)程中使耐火塊體261周期性地暴露于高溫或低溫的極端環(huán)境中。在一個(gè)例子中，在玻璃帶的成形處理過(guò)程中，可將電阻加熱元件251在約600℃～約800℃之間加熱一段預(yù)定時(shí)間，以控制沿下游方向217流動(dòng)的玻璃帶103的粘度?？苫谘叵掠畏较?17流動(dòng)的玻璃帶103在玻璃成形處理過(guò)程中所需的粘度來(lái)確定電阻加熱元件251的工作時(shí)間。

電阻加熱元件251隨后可關(guān)閉一段預(yù)定的時(shí)間，這取決于玻璃帶103的流動(dòng)特性。還可使置于電阻加熱元件251附近并被來(lái)自于電阻加熱元件251的熱能加熱的耐火塊體261冷卻至接近室溫。如此一來(lái)，通過(guò)耐火塊體261在高溫和低溫之間的反復(fù)循環(huán)，耐火塊體材料261可因不均勻的尺寸變化和相應(yīng)的累積應(yīng)力而破裂。也就是說(shuō)，輻射自電阻加熱元件251的熱能需要以最小的熱能損失和最短的時(shí)間延遲穿過(guò)耐火塊體到達(dá)成形裝置143的一部分或玻璃帶103。

結(jié)果是可將耐火塊體261構(gòu)建成具有某些常規(guī)的特征和性質(zhì)。例如，可將耐火材料261構(gòu)建成對(duì)于在玻璃成形處理中發(fā)生的連續(xù)熱循環(huán)具有一定的耐熱沖擊性。另外，可將耐火塊體261構(gòu)建成當(dāng)暴露于升高了的溫度下時(shí)具有一定的熱導(dǎo)率。另外，可構(gòu)建耐火塊體261，以允許輻射自電阻加熱元件251的熱能以更低的熱量損失和時(shí)間延遲穿過(guò)耐火塊體261到達(dá)成形裝置143的一部分或玻璃帶103。

成形裝置143的耐火塊體261可包括多個(gè)COB。這些COB可包括熔鑄耐火材料。例如，熔鑄耐火材料可通過(guò)以下方式形成：在電弧爐或其它高溫爐中，將某些精制原材料加熱至超過(guò)這些原材料中所包含的陶瓷氧化物的熔融溫度(即，1900℃～2500℃附近，這取決于材料的組成)直至這些精制的粗氧化物材料完全熔化。然而，本文所述的實(shí)施方式不局限于此，且可包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何用于形成熔鑄耐火材料的方法。然后可使精制的粗氧化物材料的熔體冷卻形成所述的形狀和尺寸。例如，可將熔體倒入具有所需形狀和尺寸的模具中，并使其逐漸固化以得到具有所需形狀和尺寸的熔鑄塊體。

COB可包括熔鑄氧化鋁粉末。因其耐熱沖擊性和熱導(dǎo)率特征，熔鑄氧化鋁就像其它熔鑄耐火材料一樣可用于耐火應(yīng)用(例如但不限于耐火塊體261)以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的應(yīng)用于玻璃成形爐或煉鋼爐中的其它用途。例如，熔鑄氧化鋁粉末可占COB的約50重量％～約99.5重量％，但并不局限于此。另外，熔鑄氧化鋁粉末可具有約44微米～約700微米的粒徑分布，但并不局限于此。

盡管本文所述的COB被描述成包含熔鑄氧化鋁粉末，但是本文所述的實(shí)施方式并不局限于此。取決于原材料的組成，可使用多種不同的熔鑄耐火材料。例如，可在玻璃熔爐和/或煉鋼爐中使用熔鑄氧化鋁(Al₂O₃)、熔鑄氧化鋯(ZrO₂)、熔鑄氧化鋁-氧化硅-氧化鋯(Al₂O₃-SiO₂-ZrO₂)或熔鑄氧化鋁-氧化鋯(莫來(lái)石，3Al₂O₃·2SiO₂)。

除了熔鑄氧化鋁粉末以外，COB還可包含細(xì)氧化鋁粉末和氧化鈦粉末，盡管并不受此所限。例如，COB可具有約11.4％～約21.3％的孔隙率。COB的孔隙率可用于減少將COB加工成所需形狀所需要的總時(shí)間，因?yàn)楦呖紫堵逝c松散的結(jié)構(gòu)相對(duì)關(guān)聯(lián)。另外，COB可在200℃下具有約10W/m·K～約14.5W/m·K范圍內(nèi)的熱導(dǎo)率，或在1200℃下具有約4W/m·K～約5.81W/m·K范圍內(nèi)的熱導(dǎo)率。同樣，COB的熱導(dǎo)率可等于或大于100％的熔鑄氧化鋁的熱導(dǎo)率。

圖4中所繪的流程圖圖示了COB的制造方法的一個(gè)例子。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖4中所描述的步驟順序只是用作例示，而不旨在以任何方式限制本方法，同時(shí)應(yīng)當(dāng)理解這些步驟可以不同的邏輯順序進(jìn)行，并可包括附加或中間的步驟，或者所描述的步驟可被分成多個(gè)步驟而不會(huì)使本發(fā)明減損。

圖4中所例示的示例性方法可始于401，即對(duì)包含熔鑄氧化鋁粉末、細(xì)氧化鋁粉末和氧化鈦粉末的混合物進(jìn)行批處理。具有所需的粒徑分布的熔鑄氧化鋁粉末可通過(guò)研磨熔鑄氧化鋁塊料來(lái)制備。混合物還可包含但不限于分散劑、粘合劑或水，這取決于所選擇的陶瓷形成方法。

在402中，可使混合物成形?？赏ㄟ^(guò)多種陶瓷成形方法中的至少一種使混合物成形為具有預(yù)定形狀和尺寸的主體。預(yù)定形狀可包括但不限于立方體、長(zhǎng)方體、平板、磚塊狀，或在使制造COB的混合物成形中所使用的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何形狀。

陶瓷成形方法可包括但不限于注漿成形、流延成形、干壓、冷等靜壓(CIP)、熱壓、熱等靜壓(HIP)、注塑，或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何成形方法，在這些方法中，通過(guò)外力將陶瓷粉末壓緊在一起以形成具有預(yù)定形狀和尺寸的主體。在這些成形方法中，注漿成形可利用模具將粉漿鑄成所需且可能復(fù)雜的形狀?？墒褂昧餮映尚位虮绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其它相似的方法來(lái)制造相對(duì)較薄的COB?？墒褂肅IP、HIP或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其它相似的方法來(lái)制造高密度的COB。

取決于使混合物成形的方法，可對(duì)成形的混合物進(jìn)行干燥。例如，可在常溫下對(duì)通過(guò)注漿成形、流延成形或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的相似方法成形的混合物進(jìn)行約數(shù)小時(shí)至約數(shù)天的干燥。

另一方面，不含水或任何液體型分散劑的混合物在成形后可能不需要進(jìn)行干燥。例如，在干壓的場(chǎng)合下，可不向混合物添加分散劑、粘合劑和水。在另一個(gè)例子中，可將諸如聚乙烯醇(PVA)這樣的粘合劑與氧化物粉末混合以通過(guò)干壓使混合物成形為所需形狀。在另一個(gè)例子中，對(duì)于注漿成形或流延成形，可向混合物添加諸如酒石酸這樣的分散劑、諸如HV這樣的粘合劑和/或水以，在注漿成形或流延成形過(guò)程中提供某些流變性質(zhì)。

盡管提到PVA、酒石酸和HV可作為分散劑和粘合劑在混合物的成形中使用，但本文所述的實(shí)施方式并不局限于此。例如，可選擇本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其它分散劑和粘合劑來(lái)代替PVA、酒石酸和HV以使混合物成形。

在403中，可對(duì)成形的混合物進(jìn)行燒制以形成COB。在使混合物成形之后，可隨后在預(yù)定溫度下對(duì)成形的混合物進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的燒制以形成COB?？苫诔尚蔚幕旌衔锏慕M成來(lái)選擇最高燒制溫度。在一個(gè)例子中，可在約1500℃～約1680℃的最高溫度下對(duì)包含熔鑄氧化鋁粉末、細(xì)氧化鋁粉末和氧化鈦粉末的成形的混合物進(jìn)行約10小時(shí)的燒制以形成COB。在另一個(gè)例子中，燒制可在約1550℃～約1650℃之間進(jìn)行。

在COB通過(guò)燒制成形的混合物而形成之后，可測(cè)量COB的物理性質(zhì)。物理性質(zhì)可包括孔隙率、中值孔徑、堆積密度和熱導(dǎo)率。COB的孔隙率和中值孔徑可通過(guò)汞孔隙率計(jì)來(lái)測(cè)量。為了確定COB的堆積密度，可測(cè)量COB的高度、寬度和深度以確定COB的體積?？蓽y(cè)量COB的重量，從而能夠確定COB的堆積密度。熱導(dǎo)率可利用激光閃光法測(cè)量，該方法基于對(duì)薄盤(pán)試樣背面的溫度的測(cè)量，該溫度因提供至試樣正面的短暫的能量脈沖而上升。熱導(dǎo)率可基于熱擴(kuò)散、比熱和樣品密度來(lái)確定。在一個(gè)例子中，熱導(dǎo)率可在200℃和1200℃這兩個(gè)不同的溫度下確定，以分析熱導(dǎo)率對(duì)溫度的依賴性。

圖5是圖示玻璃板的制造方法中的示例性步驟的流程示意圖。與圖4相似，應(yīng)當(dāng)理解的是，圖5中所描述的步驟順序只是用作例示，而不旨在以任何方式限制本方法，同時(shí)應(yīng)當(dāng)理解可包括附加或中間的步驟，或者所描述的步驟可被分成多個(gè)步驟而不會(huì)使本發(fā)明減損。

圖5的方法可包括501，即，使用包含熔鑄氧化鋁粉末、細(xì)氧化鋁粉末和氧化鈦粉末的COB來(lái)形成玻璃板。如上所述，在玻璃板的制造過(guò)程中，通常希望對(duì)玻璃熔體和/或玻璃帶的粘度進(jìn)行控制，因?yàn)椴Ａ垠w和/或玻璃帶的粘度與玻璃帶和/或玻璃板的厚度直接相關(guān)。通常，粘度高的玻璃帶會(huì)導(dǎo)致較厚的玻璃帶，而粘度低的玻璃帶則會(huì)導(dǎo)致較薄的玻璃帶。

如在對(duì)圖2和3進(jìn)行討論時(shí)所闡述的，玻璃帶的粘度和厚度可通過(guò)間接加熱玻璃成形設(shè)備101的一部分來(lái)控制，或者通過(guò)直接加熱流過(guò)成形裝置143的玻璃帶來(lái)控制。

可放置包括多個(gè)COB的耐火塊體261以使耐火塊體261的COB的至少一部分能夠從電阻加熱元件251中獲得熱能。從加熱模塊151獲得的熱能可從耐火塊體261的表面向玻璃成形設(shè)備101或玻璃帶103的至少一部分再次輻射，這取決于耐火塊體261相對(duì)于成形裝置143或玻璃帶103的位置。耐火塊體261的陶瓷氧化物主體可具有高熱導(dǎo)率，以降低從電阻加熱元件251至玻璃成形設(shè)備101或玻璃帶103的導(dǎo)熱路徑中熱能的損失。

應(yīng)當(dāng)理解的是，從電阻加熱元件251直接輻射的熱能因?yàn)殡娮杓訜嵩?51的局部加熱區(qū)域而不會(huì)被均勻地供給至玻璃成形設(shè)備101或玻璃帶103。然而，耐火塊體261的COB可具有形成均勻加熱區(qū)域所需的熱導(dǎo)率，在所述加熱區(qū)域中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃成形設(shè)備101或玻璃帶103的均勻加熱。耐火塊體261的COB的熱導(dǎo)率還能夠降低玻璃成形設(shè)備101或玻璃帶103上的局部溫度梯度。

實(shí)施例

出于本討論的目的，應(yīng)當(dāng)理解的是，尺寸相對(duì)較小的陶瓷粉末可填補(bǔ)由相對(duì)較大的粉末形成的間隙，以增加成形的混合物的密度，以及相應(yīng)地增加燒制后COB的密度。相反，可使用具有超過(guò)一種粒徑分布的陶瓷粉末來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的密度。

另外，細(xì)氧化鋁粉末可通過(guò)其自身或以與一種或多種其它氧化物粉末結(jié)合的方式在升高了的溫度下的燒制過(guò)程中起到燒結(jié)助劑的作用，以使成形的COB具有所需的機(jī)械完整性和所需的受控的孔隙率。

另外，氧化鈦粉末可單獨(dú)或以與諸如細(xì)氧化鋁粉末這樣的其它氧化物粉末結(jié)合的方式在燒制過(guò)程中起到熔鑄氧化鋁粉末的燒結(jié)助劑的作用。例如，取決于氧化物粉末的純度和組成，可在例如但不限于等于或大于約1500℃的升高了的溫度下形成液相。包含氧化鋁和氧化鈦中的至少一種的液相可擴(kuò)散通過(guò)粉末的邊界以將多種粉末熔合成一個(gè)主體。

而且，各個(gè)粉漿的粘度可取決于固體氧化物粉末、粘合劑、分散劑和水之間的相對(duì)比例。通常，當(dāng)固體氧化物的相對(duì)量高時(shí)，粉漿經(jīng)過(guò)球磨后的粘度可能高。

在該實(shí)施例中，利用注漿成形法由熔鑄氧化鋁粉末、細(xì)氧化鋁粉末、氧化鈦粉末、粘合劑、分散劑和水來(lái)制備COB。對(duì)于熔鑄氧化鋁粉末，使用了具有不同粒徑分布的三種熔鑄氧化鋁粉末。為了得到具有不同粒徑分布的熔鑄氧化鋁粉末，將熔鑄氧化鋁塊料研磨成粉末。在該實(shí)施例中，對(duì)尺寸為28目的熔鑄氧化鋁粉末(最大粒徑約為700μm)、60目的熔鑄氧化鋁粉末(最大粒徑約為250μm)和325目的熔鑄氧化鋁粉末(最大粒徑約為44μm)進(jìn)行稱重并計(jì)算，結(jié)果示于表1。

表1-用于具有高熱導(dǎo)率的多孔氧化鋁的粉漿組成

表1(續(xù))

各個(gè)粉漿所用材料的相對(duì)量示于表1。各個(gè)粉漿中粘合劑、分散劑和水的相對(duì)量以所有氧化物粉末(即熔鑄氧化鋁粉末28、熔鑄氧化鋁粉末60、熔鑄氧化鋁粉末325、細(xì)氧化鋁325、細(xì)氧化鋁3000和氧化鈦)的量為基準(zhǔn)表示，以使各個(gè)粉漿的材料總量被調(diào)節(jié)至100重量％。使用具有不同的粒徑分布的熔鑄氧化鋁粉末來(lái)控制COB的密度。表1中所有的粉漿組成中的熔鑄氧化鋁粉末都占到包括熔鑄氧化鋁粉末、細(xì)氧化鋁粉末和氧化鈦粉末的所有氧化物粉末的約50重量％(粉漿F)～約99.5重量％(粉漿A和D)。

向熔鑄氧化鋁粉末中添加預(yù)定量的細(xì)氧化鋁粉末。使用了兩種具有不同粒徑分布的細(xì)氧化鋁粉末：尺寸為325目的細(xì)氧化鋁325(最大粒徑約為44μm)和平均粒徑為1μm的細(xì)氧化鋁3000。將這兩種不同的細(xì)氧化鋁粉末中的至少一種與熔鑄氧化鋁粉末混合使用。

細(xì)氧化鋁粉末的尺寸一般小于熔鑄氧化鋁粉末的尺寸。如上所述以及如本實(shí)施例所示，更小的細(xì)氧化鋁粉末填補(bǔ)了形成于粉漿中的熔鑄氧化鋁粉末之間的間隙，以在注漿成形過(guò)程中保持混合物的密度。在一種抑制扭曲或斷裂的嘗試中，在注漿成形過(guò)程中，通過(guò)保持密度大于閾值來(lái)將混合物成形在石膏模具上。

對(duì)于一些粉漿(粉漿A和D)，細(xì)氧化鋁并未包含在內(nèi)，而粉漿G、H、I和J只包含了一種類型的細(xì)氧化鋁粉末：細(xì)氧化鋁3000。對(duì)于粉漿B、C、E和F，兩種不同類型的細(xì)氧化物粉末(即，細(xì)氧化鋁325和細(xì)氧化鋁3000)被添加至熔鑄氧化鋁粉末中。在含有細(xì)氧化鋁的粉漿中，相應(yīng)的氧化物粉末的至少5重量％由細(xì)氧化鋁粉末組成。在一個(gè)實(shí)施例中，細(xì)氧化鋁粉末的量占包括熔鑄氧化鋁粉末、細(xì)氧化鋁粉末和氧化鈦粉末的所有氧化物粉末的約10重量％～約50重量％。例如，如表1所述，注漿成形法的細(xì)氧化鋁粉末的量為約12.5重量％～約50重量％。

還添加了預(yù)定量的平均粒徑為1μm的氧化鈦粉末以形成混合物。雖然本實(shí)施例中所包含的粉漿中的氧化鈦粉末的量等于約0.6重量％，但本文中的實(shí)施方式并不局限于此。例如，粉漿中所包含的氧化鈦粉末可為COB的0.1重量％～約10重量％?；蛘撸蹪{中所包含的氧化鈦粉末可為COB的0.1重量％～約5重量％。

對(duì)各個(gè)材料進(jìn)行稱重并隨后在球磨機(jī)中進(jìn)行均勻混合。還將預(yù)定量的高純度氧化鋁球珠放入球磨機(jī)中以對(duì)材料進(jìn)行均勻地混合。球磨時(shí)間的范圍從數(shù)小時(shí)至數(shù)天。

在對(duì)材料進(jìn)行球磨之后，材料呈粘稠的粉漿狀。然后將粉漿倒入具有所需形狀和幾何尺寸的石膏模具中。應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然在本實(shí)施例中使用了石膏模具，但可使用塑料模具或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何其它模具。

粉漿在石膏模具中停留一段預(yù)定的時(shí)間，從而在石膏模具的內(nèi)壁中形成濕固體主體。隨后，通過(guò)將石膏模具中的粉漿倒出石膏模具之外來(lái)回收多余的粉漿。使形成于石膏模具的內(nèi)壁中的濕固體層在石膏模具中停留約數(shù)小時(shí)，直至濕固體主體至少被部分干燥以形成部分干燥的固體主體。隨后，使部分干燥的固體主體與石膏模具分離，并在大氣中對(duì)其進(jìn)行約超過(guò)24小時(shí)的干燥以形成完全干燥的固體主體。

將完全干燥的固體主體置于高溫爐中以按照表2所示的燒制程序進(jìn)行燒制，以從完全干燥的固體主體中基本上燒除并除去所有的揮發(fā)性材料，例如粘合劑、分散劑和水，得到了包含熔鑄氧化鋁粉末、細(xì)氧化鋁粉末和氧化鈦粉末的COB。

表2.燒制程序

應(yīng)當(dāng)注意的是，燒制可使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何合適的方法來(lái)完成或進(jìn)行，并且并不局限于以上表2中所提供的燒制程序。而且，還應(yīng)當(dāng)注意的是，以上表2中所提供的燒制程序可根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的知識(shí)而改變。例如，步驟3的最高溫度可被控制在低于約1700℃，該溫度低于氧化鋁的熔融溫度(約2072℃)和氧化鈦的熔融溫度(約1843℃)。另外，表2中步驟3的最高溫度可在約1500℃～約1680℃之間變化。步驟2和步驟4的升溫速率也可在約20℃/分鐘～約70℃/分鐘之間變化。

在按照燒制程序?qū)ν耆稍锏闹黧w進(jìn)行燒制以形成COB之后，測(cè)量COB的物理性質(zhì)。所選擇的COB的性質(zhì)總結(jié)于表3。另外，表3中的“COB E”是指由表1中的粉漿E制造的COB，以此類推。

表3-COB的性質(zhì)

將普遍用于耐火塊體中的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的商品級(jí)100％熔鑄氧化鋁主體用作表3中的對(duì)照例，以將它的物理性質(zhì)與由所選擇的粉漿制得的COB的物理性質(zhì)相比較。

測(cè)得對(duì)照例的孔隙率約為16.7％。多個(gè)由所選擇的粉漿制成的COB具有11.4％～約21.3％范圍內(nèi)的孔隙率。例如，對(duì)由粉漿G和I制成的COB實(shí)現(xiàn)了21.3％的孔隙率。另外，多種參數(shù)似乎對(duì)COB的孔隙率有貢獻(xiàn)，而至少細(xì)氧化鋁粉末的相對(duì)量似乎對(duì)COB的孔隙率有影響。在一個(gè)例子中，比COB G和I具有更多細(xì)氧化鋁粉末的COB C、F、H和J分別呈現(xiàn)出相對(duì)較低的孔隙率：13.4％、11.4％、14.5％和15.9％。改變細(xì)氧化鋁粉末之間的相對(duì)量，即，粉漿B和H中的325和3000導(dǎo)致了不同的孔隙率：COB B的15.8％和COB H的14.5％。在測(cè)量孔隙率的COB中，COB E、G和I的孔隙率等于或大于對(duì)照例的孔隙率。

關(guān)于熱導(dǎo)率，幾乎所有被選擇進(jìn)行熱導(dǎo)率測(cè)量的COB(B、C、E、F、H、I和J)都呈現(xiàn)出與對(duì)照例的熱導(dǎo)率相當(dāng)或更大的熱導(dǎo)率。當(dāng)在1200℃下進(jìn)行測(cè)量時(shí)，只有COB G呈現(xiàn)出比對(duì)照例的熱導(dǎo)率更小的熱導(dǎo)率。同樣，可以推斷的是，利用注漿成形且具有與對(duì)照例的熱導(dǎo)率相當(dāng)或更大的熱導(dǎo)率的COB在輻射熱能時(shí)的熱能損失相比于對(duì)照例的熱能損失更低。COB I的總體性能與用作對(duì)照例的100％熔鑄氧化鋁耐火材料相同。通常，COB的制造成本低于對(duì)照例的制造成本。

盡管本文所述的COB一般是基于包含熔鑄氧化鋁粉末、細(xì)氧化鋁粉末和氧化鈦粉末的COB，但本文所述的實(shí)施方式并不局限于此，因?yàn)镃OB可能包含本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其它陶瓷氧化物材料。例如，COB可包含熔鑄氧化鋯(ZrO₂)粉末和細(xì)氧化鋯粉末。另外，可將包括但不限于氧化鋁、氧化銅、氧化錳中的至少一種陶瓷氧化物作為燒結(jié)助劑添加至熔鑄氧化鋯粉末和細(xì)氧化鋯粉末中。另外，COB可包含熔鑄莫來(lái)石粉末和細(xì)莫來(lái)石粉末。在另一個(gè)例子中，COB可包含熔鑄氧化鋁-氧化硅-氧化鋯(Al₂O₃-SiO₂-ZrO₂)粉末以及細(xì)氧化鋁、氧化硅和氧化鋯中的一種。

可對(duì)具有上述組成的陶瓷氧化物進(jìn)行批處理以形成混合物，隨后對(duì)其進(jìn)行燒制以形成COB。還可向批料中添加至少一種陶瓷氧化物以在升高了的溫度下的燒制步驟中作為燒結(jié)助劑發(fā)揮作用。

可在不偏離所要求保護(hù)的主題的精神和范圍的前提下，對(duì)本文所述的實(shí)施方式進(jìn)行各種修改和改變。因此，本說(shuō)明書(shū)旨在涵蓋本文所述的實(shí)施方式的修改和變化形式，只要這些修改和變化形式落在所附權(quán)利要求及其等同內(nèi)容的范圍之內(nèi)。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，顯而易見(jiàn)的是可以在不偏離權(quán)利要求的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變動(dòng)。