[发明专利]实体透明非玻璃态陶瓷微球体

说明书

本发明是关于如氧化锆-氧化硅混合物这类材料制成的微球状陶瓷颗粒。本发明还涉及包含使标志有反射作用的透明微球的路面标志物方面。另一方面，本发明还介绍了制造这种陶瓷颗粒的方法。

路面标志工业长期以来一直希望着有一种适用的透明微球体，将它们用作路面标志物中更明亮、更经久耐用的向后反射的元件。当前用得最广的作路面标志物的透明微球体是用某些玻璃制造的，所用的玻璃通常是苏打-石灰-硅酸盐型的非晶态玻璃状材料，虽然这种玻璃具有合要求的耐用性，但是其折射率仅约1.5，这就极大地限制了它们的向后反射的亮度。

虽然美国专利4367919号提出了具有改进耐久性的、折射率更高的透明微球体，但是仍希望耐久性更高。

美国专利3709706号公开了一种透明微球体，这种微球是用溶胶-凝胶法由氧化硅和锆化合物制成的陶瓷微球体。一般来说，溶胶-凝胶法是将金属氧化物（或者其前体）的胶体分散液、溶胶、水溶胶转化为凝胶的方法，而凝胶是各组分流动性受限的一种胶体形式。为制得陶瓷材料，在胶凝步骤后，常常需要干燥和烧制。

虽然美国专利3709706号公开的陶瓷微球体具有优良的耐久性，但是其直径小于某些路面标志应用中所需的直径。在路面标志物中使用的微球体直径一般说来约在150和1000微米之间，以保证凸出路面标志的微球体聚光部分不被路面的污物所遮蔽。但是现有技术并没有说明如何制造对于路面标志应用来说既透明又是足够大的陶瓷微球体。

除了应当大和透明之外，为了起到路标的作用，这些微球体需要在路面上所遇到的各种条件下，耐划伤、耐削、耐破碎和耐破裂。

本发明提供了新的大而透明的实体陶瓷颗粒、球珠或微球体，可以使它们具有足够的透明度、折射率和其它性质，使它们适宜作向后反射的路面标志物中优良的透镜元件。这种新的陶瓷微球体同时具有向后反射的亮度和耐用性，这是迄今所知尚不能得到的路面标志透镜元件。这种新颗粒可以概括为：

实体、透明的非玻璃态陶瓷微球，可用作向后反射的路标的透镜元件，它具有至少一个金属氧化物相，其平均粒度（颗粒最小尺寸）大于125微米。

术语“实体的”是指不是空心的，即没有如美国专利4349456号关于陶瓷金属氧化物微囊所描述的微球中那些实质孔洞的实体固体。

说明书中所用术语“非玻璃态的”是指该陶瓷不是由熔体或者在高温转成液态的原料混合物所制得的。这个术语用来区别本发明的陶瓷微球体和通过熔融法制得的玻璃珠体。

所用术语“透明的”是指该陶瓷微球体在光学显微镜（例如100倍）下观察时具有透过可见光线的性质，以致于若将另一物体置于此微球之下，例如是具有与该微球相同性质的物体，并将二者均浸于具有大约与该微球相同折射率的油中，能够透过该微球清楚地看到该物体。虽然所用的油应当具有与微球大致相同的折射率，但是油与微球的折射率不应当接近到看起来该微球似乎消失的程度（当二者处于理想的折射率匹配条件下即是如此）。置于该微球之下的物体轮廓、周边或者边缘应可以清楚地辨别出来。

可使本发明的微球制成十分致密。术语“十分致密”是指接近理论密度并且利用例如BET氮气技术（根据试样从与之接触的气体中吸附的N₂分子）等标准分析方法基本上检测不出其开口孔隙率。由这些测定可以得到样品单位重量的表面积（例如米²/克）数据，这些可以与具有同样粒度的一堆完整微球之单位重量表面积进行比较，以检测开口孔隙率。比表面积（米²/克）越大，其表面不规则性和（或）孔隙率越大。这种测量可以使用由纽约Syosset Quantachrome公司制的Quantasorb设备。测定密度可以使用空气比重瓶或者水比重瓶。

本文所记载的微球，既可以是圆球，也可以是扁球或者长球。

优选的陶瓷微球体一般说来还以下列性能为特征，即平均硬度大于砂子（在道路上常见的一种磨料）;刚度、耐破碎性、圆球度和向后反光率等于或者大于具有类似粒度、折射率约为1.5的传统玻璃珠;折射率大约在1.4至2.6之间。本发明的微球体与具有类似粒度的传统玻璃珠相比，内部缺陷和夹杂物较少。