[发明专利]具有氧化层的碳化硅陶瓷部件

说明书

本申请是国际申请号为PCT/US2003/028152，国际申请日为2003年9月9日的PCT国际申请进入中国国家阶段后申请号为03826211.8，发明名称为“具有氧化层的碳化硅陶瓷部件”的发明专利申请的分案申请。

相关申请交叉参考

本申请要求分别于2003年3月26日，2003年5月1日和2003年6月16日提交的美国临时专利申请60/458505；60/467013和60/478876的优先权。

技术领域

本发明一般涉及陶瓷部件，尤其是特别用于耐火应用中的碳化硅基陶瓷部件。

背景技术

在陶瓷加工领域中众所周知的是，陶瓷体通常在较高温度，比如1000℃及以上加热或烧制。这些烧制操作要求使用能耐这样高温的耐火材料和耐火部件，这些材料和部件不仅能在高温下，而且能在炉或窑工作期间的加热冷却循环周期中保持结构完整。这些耐火部件包括在烧制操作中用于连接保持或支撑工件的炉或窑附件(furuiture)，以及确定该炉加热区域的耐火衬材料和结构墙。

碳化硅基陶瓷材料已经因为其各种高温性能而被用于耐火应用中，这些性质包括耐腐蚀性，强度，耐热冲击性，导热性和其它性质。在各种碳化硅基陶瓷中，如烧结碳化硅，热压碳化硅和热等静压碳化硅等致密碳化硅陶瓷特别耐用。但是出于制造高度致密碳化硅部件(比如Hexoloy)有关的生产复杂性和成本的原因，这些部件并未广泛作为耐火部件，只是在最严酷的使用条件下才被应用。另一方面，成本上更经济，但是比较多孔的碳化硅材料，比如氮化物粘结碳化硅(首字母缩写词为NBSC和NSIC)，已实际用于耐火应用中。

氮化物粘结碳化硅往往是比较多孔的材料，其孔隙率通常是约10到15体积％。这些部件是从含有碳化硅和硅的生坯制造的，并在含氮气氛中以1500℃左右的温度烧结生坯。虽然氮化物粘结碳化硅具有理想的高温性质，但是在氧化条件下使用时，具有抗氧化性差的缺点，部分原因是其固有的孔隙率。通过在氧化性气氛中再次烧制氮化物粘结碳化硅部件形成无定形或玻璃状二氧化硅的薄氧化层，起到钝化和密封部件外表面的作用，已经解决了这个问题。但是，发明人认识到，由氧化过程形成的钝化外层并不能充分保护部件，防止其在使用中，特别是在高要求的烧制操作中发生过度氧化，这会导致部件过早地出问题。已经发现有多种机理与不希望有的氧化过程有关。

最主要的是，在这些部件的使用过程中，钝化外层可能被损坏，形成深入氧化的通道。而且，钝化层中的相变可能导致产生拉伸应力，随后在层中产生和增长裂缝。另外，水蒸气的存在可能会在钝化层中气泡或形成气泡，导致钝化层失效和不利的部件氧化现象。

考虑到碳化硅基耐火材料技术的情况，特别是氮化物粘结碳化硅部件，该技术需要改进的部件，特别是在实际使用中具有提高的抗氧化性的部件。

发明内容

本发明一方面提供一种陶瓷部件，它由陶瓷体和位于陶瓷体上的氧化层形成，陶瓷体含有碳化硅，氧化层含有无定形相和结晶相。结晶相含有由氧化铝和铝硅酸盐中的至少一种形成的各向异性形状的晶体。

本发明另一个特征是，提供一种陶瓷部件，它包括陶瓷体和位于陶瓷体上的氧化层，陶瓷体含有氮化物粘结碳化硅。氧化层包含硼硅酸盐玻璃，该玻璃含有氧化铝。

本发明另一个特征是，提供一种陶瓷部件，它由氮化物粘结碳化硅陶瓷体和位于该陶瓷体上富含氧化铝的氧化层形成。氧化层是通过氧化陶瓷体形成的，具有无定形相和结晶相，并具有比氮化物粘结碳化硅陶瓷体中的氧化铝含量多不少于5重量％的氧化铝。

本发明另一个特征是，提供一种陶瓷部件，它包括陶瓷体和位于该陶瓷体上的氧化层。陶瓷体含有碳化硅，氧化层是通过在氧化铝存在下氧化陶瓷体而形成的。氧化铝可以具有较细(亚微米)的粒度。

本发明另一个特征是，提供一种陶瓷部件，它包括含有碳化硅的陶瓷体，和位于该陶瓷体上的氧化层。该氧化层是通过在氧化铝存在下氧化陶瓷体而形成的，氧化层含有无定形相和结晶相，结晶相包括针形晶体。

本发明另一个特征是，提供一种陶瓷部件，它包括陶瓷体和位于该陶瓷体上的氧化层。该陶瓷体含有碳化硅，氧化层是通过在氧化铝和硼存在下氧化陶瓷体而形成的。氧化铝可以具有较细(亚微米)的粒度。

本发明另一个特征是，提供了一种形成陶瓷部件的方法，该方法包括提供含有碳化硅的陶瓷体，用粒度小于约1.0微米的氧化铝涂布陶瓷体，并氧化该陶瓷体。