[发明专利]氧化钇基浆料组合物

说明书

发明背景

1.技术领域

本发明涉及氧化钇基浆料组合物，例如可用于制备在铸造反应性金属中采用的陶瓷铸模的制造所需的浆料的氧化钇基浆料组合物。

2.现有技术描述

由于陶瓷颗粒例如氧化钇(yttria)、氧化锆(zirconia)、氧化铝(alumina)、氧化钇-氧化铝-氧化锆和锆石(ZrSiO₄)适合用作耐高温的结构材料，它们的水性悬浮液在工业上用于制造陶瓷制品。这些耐火材料通常也用于铸造高温合金(super alloy)和反应性金属。这种反应性金属的实例是钛。钛通常与用于形成铸模的材料例如氧化物反应，从而释放出氧并形成富氧钛。

悬浮液是其中固体颗粒通常均匀地分散在液体例如水中的一种体系。如上所述，针对不同的目的，这种悬浮液可用作为陶瓷浆料。陶瓷颗粒通常至少部分地溶于水中。此外陶瓷颗粒容易发生水合，与水形成键。陶瓷颗粒多大程度及多快地溶解或水合是不确定的。而且，陶瓷颗粒的胶体粒子在水中可能会凝聚结块。陶瓷颗粒在水基体系中溶解、水合或凝聚结块的程度取决于多种因素，包括陶瓷粉末的性质、陶瓷颗粒的氧化态、体系的pH、温度和在陶瓷浆料中采用的分散剂。

在本领域中已知有多种方法用于使胶态悬浮液稳定，即防止所述悬浮液凝结成块，同时降低溶解速度和水合速度。例如，在稳定方法中的三种已知的机理包括静电机理、空间机理和电子空间机理。这些机理例如已由Cesarano和Aksay在“Stability of Aqueous Alpha-Al₂O₃Suspensions with Poly-(methacrylic acid)Polyelectrolyte”，J.Am.Ceram.Soc.71，第250-255页(1988)作了详细地综述。

对于目前在工业上采用的氧化钇底浆料，存在两种常用的方法以克服在低pH条件下由氧化钇的相对快速溶解而释放的离子的趋向。在一种方法中，向陶瓷浆料例如氧化钇浆料中添加有机碱例如氢氧化四乙基铵，有助于防止在保持所述浆料稳定所必需的高pH水平时二氧化硅的溶解(US 2008/0119347)。其它的方法是使氧化钇和其它非反应性氧化物通过熔融方法形成合金，所述熔融方法将减少在氧化钇颗粒上的溶解位点的数量或将用大的吸附的有机分子或无机化合物包覆所述氧化钇，以得到相同的结果：具有相对长的储存期限的稳定浆料。

在EP 1 992 430中描述了氧化钇基耐火组合物，其可通过以下方法获得：将氧化钇基陶瓷材料和含氟掺杂剂混合，以及将得到的混合物进行加热以进行所述氧化钇基陶瓷材料的氟掺杂，从而制备在水性粘结剂体系中具有显著改善的储存期限的稳定浆料。其中并没有描述粘结剂体系的氟掺杂。

在US 2008/0119347中公开了用于通过采用新型底涂层浆料包覆反应性合金的铸模体系，以形成在其它方面已知用于铸造反应性金属组件的铸模或“壳体”。

根据US 5,621,601，除了胶体分散以外，降低胶态陶瓷悬浮液的溶解和/或水合速度似乎是重要的，以获得适宜商购的陶瓷浆料。

陶瓷材料通常与水反应，并部分溶解(被称为溶解或溶剂化)或形成水合物。不同的陶瓷材料之间溶解和水合的程度不同。由于陶瓷材料溶解，溶解的物质可能显著地改变溶液的离子强度，从而颗粒可能会凝结成块。在颗粒发生水合的情况下，一些陶瓷颗粒形成氢氧化物表层。然而，水的进攻还可能行进超越所述表层并可能前进到颗粒的本体内。因此，颗粒的大小、形态和晶相可能会发生变化。

在Hideaki Hamano等人，Langmuir 2000，16，6961-6967中，描述了通过在NH₄F的水溶液中搅拌Nd₂O₃样品，进行表面氟化处理，保护Nd₂O₃样品，使其不发生水合。