[发明专利]基于氧化钇的耐火组合物

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及用于生产浆料的基于氧化钇的耐火组合物，所述浆料 是生产用于铸造(casting)活性金属的陶瓷模具所需要的。

2.现有技术描述

陶瓷颗粒(例如氧化钇、氧化锆、氧化钇-氧化铝-氧化锆、氧化铝 和锆石)的水悬浮液，因为它们适合在高温下用作结构材料而被工业化 使用以形成陶瓷制品。这些耐火材料通常也用于铸造(cast)高温合金和 活性金属。

这种活性金属的一个例子是钛。钛通常与用来形成模具的材料(例 如氧化物)反应，从而释放氧并形成富氧钛(oxygen-enriched titanium)。 悬浮液是通常固体颗粒被均匀地分散在例如水的液体中的体系。约小 于约1μm的颗粒可被归类为胶粒，这种颗粒的悬浮液被称作胶悬体。 如上所述，这种悬浮液被用作用于不同用途的陶瓷浆料。陶瓷通常在 水中是至少部分可溶的。此外，陶瓷往往水合，与水形成键。陶瓷水 解或水合的程度和速度是不同的。而且，陶瓷的胶粒在水中可能凝聚。 陶瓷在水基体系中溶解、水合或凝聚的程度取决于许多因素，包括陶 瓷粉末的性质、陶瓷的氧化态、pH、体系的温度和所使用的分散剂。

本领域已知有许多方法来稳定胶悬体，即，防止悬浮液凝聚，同 时减小溶解和水合速度。例如，三种已知的机制，包括静电机制、空 间位阻机制(steric mechanism)和电空间位阻机制(electrosteric mechanism)。这些机制由Cesarano和Aksay在“Stability of Aqueous Alpha-Al₂O₃ Suspensions with Poly-(methacrylic acid)Polyelectrolyte(具 有聚-(甲基丙烯酸)聚电解质的α-Al₂O₃水悬浮液的稳定性)”，J.Am. Ceram.Soc.71p 250-255(1988)中详细综述。

授予Yasrebi等的美国专利5,624,604描述道：除胶体分散外，减 小水对陶瓷颗粒的攻击(即水合和/或溶剂化)也是制造商业上合适的陶 瓷浆料的重要考虑事项。陶瓷材料通常与水反应，并部分溶解(称作溶 解或溶剂化)或形成水合物。不同的陶瓷材料溶解或水合的程度不同。 当陶瓷材料溶解时，被溶解的物质可实质性地改变溶液的离子强度， 因而凝聚颗粒。在颗粒水合的情况下，某些陶瓷形成氢氧化物表面层。 但是，水的攻击也可不仅在表面层进行，而可进入到颗粒的体内。因 此，颗粒的尺寸、形态学和晶相可能改变。

在许多商业上是重要的陶瓷中，例如氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂) 和锆石(ZrSiO₄)(仅举几例)，溶解速度和溶解进行的程度足够低，使得 至少在弱酸或碱性条件(例如从约pH 3至约pH 11)下，其并不显得妨 碍它们的水性商业用途。此外，至少在粒度等于或大于一微米时，水 合显得仅形成薄表面层。但是，其他商业上是重要的陶瓷，例如氧化 镁(MgO)、氧化钇-氧化铝-氧化锆和Y₂O₃(氧化钇)，在水介质中比上述 陶瓷材料溶解的程度大得多且溶解速度更快。因此，这些材料(例如氧 化镁、氧化钙、氧化钇、氧化钇-氧化铝-氧化锆)的水法处理(aqueous processing)是困难的，或者甚至是行不通的。陶瓷处理领域的技术人 员已经作出许多努力以减少陶瓷颗粒的溶解和水合且同时保持陶瓷 颗粒分散(不凝聚)在悬浮液中。例如，Horton的美国专利第4,947 927 号教导了通过将氧化钇浆料的pH调节至超过pH 11的高pH值，可以 制造出本质上较不溶于水的氧化钇，从而减小了其对水攻击的敏感 性。

与静电稳定化相比，电空间位阻稳定化提供了用于同时将胶粒分 散在悬浮液中并减少对陶瓷表面的水攻击的更好的方法。