[发明专利]通过反应性陶瓷化制备磷钇矿陶瓷

说明书

本申请要求2010年2月25日提交的美国专利申请第61/308080号的优先权。

技术领域

本发明一般涉及陶瓷材料及其制备方法。具体地，本发明涉及磷钇矿型陶瓷材料以及利用反应性陶瓷化制备这些材料的方法。本发明可用于制备例如大块磷钇矿型材料，所述材料适用于熔融玻璃处理系统的难熔部件，如在高温下实施的熔融下拉法的等压槽。

背景技术

难熔陶瓷材料，如氧化锆、氧化铝、锆石等，已在制备和处理高温液体如熔融金属和玻璃材料的系统中用于制造部件。这些材料宜在高操作温度下具有良好的机械性能和性能稳定性，并且抗氧化、抗流体腐蚀。

例如，在高精密玻璃制品，如用于液晶显示器（LCD）基板的玻璃片的制造系统中，锆石已用于制备熔融玻璃处理设备。用于制备高精密玻璃片，如用于LCD基板的那些玻璃片的领先方法是美国纽约州康宁股份有限公司（Corning Incorporated,NY,U.S.A.）开发的熔合下拉法。此方法涉及称作等压槽（isopipe）的大块难熔成形块件（block）的使用。等压槽宜具有高尺寸稳定性，以便能够在玻璃制造系统的可接受的生产周期内生产出具有良好一致性的玻璃片。指示等压槽的尺寸稳定性的参数之一是材料在成形工艺的高操作温度和熔融玻璃及块件本身的重力负荷下的蠕变率。研究发现，对用于制备宽度例如约为2000mm的玻璃片的较短等压槽来说，锆石具有可接受的蠕变率。

然而，为了更精确、更连贯地制备更大的玻璃片，需要蠕变率比锆石更低的材料。为了代替锆石制备等压槽，人们提出的材料之一是磷钇矿（YPO₄）陶瓷。纯相YPO₄陶瓷具有非常高的熔点（1990℃），并且在等压槽的正常操作温度下具有低蠕变率。

然而，制备具有可接受的性质的块体（bulk）YPO₄陶瓷块件不是一件容易的事。非常需要成本低、效果好的简单方法。

本发明满足了这些需求和其他需求。

发明内容

这里揭示本发明的若干方面。应当理解，这些方面可以彼此重叠，也可以不重叠。因此，一个方面的某个部分可以落入另一个方面的范围，反之亦然。

每个方面用诸多实施方式来说明，而实施方式进而可以包括一个或多个具体实施方式。应当理解，这些实施方式可以彼此重叠，也可以不重叠。因此，一个实施方式或其具体实施方式的某个部分可以落入或不落入另一个实施方式或其具体实施方式的范围，反之亦然。

因此，本发明的一个方面是一种制备化学组成主要包含Y₂O₃·(P₂O₅)_x并且基本结晶的材料的方法，其中x是结晶材料组成中P₂O₅与Y₂O₃的摩尔比，且0.30≤x≤1.20，在一些实施方式中0.50≤x≤1.20，在一些实施方式中0.60≤x≤1.20，在一些实施方式中0.70≤x≤1.20，在一些实施方式中0.80≤x≤1.10，在一些实施方式中0.90≤x≤1.10，在一些实施方式中0.95≤x≤1.05，所述方法包括以下步骤：

（I）提供其组成主要包含Y₂O₃·(P₂O₅)_y并且软化点为T_软的YP玻璃，其中y是YP玻璃中P₂O₅与Y₂O₃的摩尔比，且1.6≤y≤9.0，在一些实施方式中2.0≤y≤8.0，在一些实施方式中3.0≤y≤6.5，在一些实施方式中4.0≤y≤6.5；

（II）提供Y源材料；

（III）熔化后得到P₂O₅与Y₂O₃的摩尔比等于x的混合物，该混合物包含许多YP玻璃粒子和许多Y源材料粒子；以及

（IV）将步骤（III）得到的混合物加热到高于T_软的温度T₁，由此得到第一陶瓷。

在本发明第一方面的一些实施方式中，基本结晶的材料具有基本均一的化学组成。

在本发明第一方面的一些实施方式中，在步骤（III）中，所得混合物满足0.95≤x≤1.00，在一些实施方式中0.98≤x≤1.00。