[发明专利]涂覆的反应管、制备涂覆的反应管的方法以及利用气溶胶分解在所述反应管内制备含铋玻璃料粉的方法

说明书

发明领域

本发明涉及耐腐蚀反应管、为反应管内部提供钝化或耐腐蚀涂层的方法、以及采用耐腐蚀反应管制备高铋玻璃粉的方法。

发明技术背景

许多产品应用需要玻璃粉具有下列一种或多种特性：纯度高，化学性质可控，球形形态，平均粒度小，粒度分布窄，很少附聚或没有附聚。要求此类特性的玻璃粉应用的实例包括但不限于用于制备电子器件的厚膜糊料。厚膜糊剂为有机载体内的粉末混合物，其中有机载体在将糊剂施涂到基底之后通过高温焙烧移除。

对前体溶液的雾化液体喷雾进行气溶胶分解是可用于制备大致球形玻璃颗粒的方法。在该方法中，含有最终玻璃中所期望元素的前体溶液被雾化以制备气溶胶。接着让气溶胶颗粒通过反应管，在反应管中除去溶剂并将气溶胶颗粒加热至足够高的温度以将前体化合物转化为产品玻璃颗粒。在这样高的温度下，需要使用合适材料构造的反应管。

需要一种可用于制备玻璃粉的改善的气溶胶方法。也需要具有改善性能的玻璃和制备玻璃的方法。此外，还需要可在通过气溶胶方法制备玻璃的方法中使用的改善的装置。

发明概述

因此，本发明涉及：通过含铋化合物和含铋与碱的化合物在高温氧化环境下耐腐蚀的陶瓷或玻璃陶瓷反应管；用于形成由二氧化硅层和硅酸铋层组成的保护性涂层的方法，以使所得管在气溶胶反应条件下耐腐蚀；以及该管在制备高铋玻璃和含铋与碱的玻璃中的用途。

发明详述

用于大规模工业制造过程的化学反应必须考虑多种因素，以使制备材料的方法保持稳定、高质量、高产量和节约成本。作为本发明主题的一种此类化学反应用于制造玻璃颗粒，其中最终玻璃粉可包含浓度相对较大的铋离子以及其他元素(例如，锂、钠和/或钾之类的碱离子)以实现所期望的玻璃性能和特性。

本发明涉及可用于制备玻璃粉的改善的气溶胶方法。在一个实施方案中，玻璃粉可包含浓度相对较大的铋离子。此外，本发明涉及具有改善性能的玻璃和制备玻璃的方法。此外，本发明还涉及可在通过气溶胶方法制备玻璃的方法中使用的改善的装置。

在通过气溶胶方法制备玻璃的方法中，可将玻璃材料在反应管中烟雾化。在烟雾化玻璃材料的过程中，已知在某些玻璃材料(例如铋含量较高的材料)的存在下反应管会腐蚀。因此，人们认识到，需要通过气溶胶方法制备玻璃的改善方法，需要用于气溶胶方法的改进装置，并且需要利用改进装置通过气溶胶方法制备的玻璃。

涂覆管

在本发明的一个实施方案中，提供了涂覆管。在该实施方案的一个方面，涂覆管可为反应管并可用于通过气溶胶方法制备玻璃的方法中。涂覆管具有适于高温加工(如500-1300℃)的物理和化学特性。在一个实施方案中，涂覆管可具有能用于连续工作的能力，能够承受在环境温度与最大工作温度之间的热循环，并且具有六个月或以上的有效使用寿命。在一个实施方案中，涂覆管可以抵抗气溶胶环境的腐蚀。这种耐腐蚀性可以防止用管材料制备的玻璃粉被污染。此外，耐腐蚀性可以防止管在制造过程中失效。

在一个实施方案中，初始管可由本领域技术人员已知的多种材料中的一种或多种制成，这些材料包括陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃和金属。在一个实施方案中，管可以选自：SiC和反应烧结SiC管与试块。在一个实施方案中，初始管可包含一种或多种下列材料：碳化硅、反应烧结碳化硅、α烧结碳化硅(如SiC)和氮化硅。在一个实施方案中，初始管可包含反应烧结碳化硅。

授予Hampden-Smith等人的美国专利6,338,809和授予Kodas等人的美国专利6,866,929描述了由莫来石、熔融二氧化硅和氧化铝之类陶瓷材料制成的反应管或金属管，这两个专利以引用方式并入本文中。

一个实施方案涉及涂覆的陶瓷或玻璃陶瓷反应管，该反应管通过含铋化合物和含铋与碱的化合物在高温氧化气氛下耐腐蚀，其中管内部的涂层包括二氧化硅层和硅酸铋层。

如本文所用，术语“腐蚀”被定义为反应管内不需要的或不可取的化学或物理变化。腐蚀的一个实例是气溶胶前体对反应管的溶解或渗透或者反应管受到的任何化学或物理冲击，该冲击可导致反应管失效，或者可导致所制备的玻璃粉被污染，从而在玻璃粉制造过程中结束反应管的使用寿命。此外，使反应管在高温下对气溶胶的固有耐久性或稳健性显著提高的任何机制，或者使反应管的正常(固有)寿命显著延长的任何机制被定义为“耐腐蚀性”。较长的使用寿命以及反应管很少受到化学或物理损坏(这种损坏会导致管被破坏和/或反应管的有效使用寿命结束)的迹象被认为是反应管可用于本发明的关键属性。