[发明专利]制备陶瓷纤维和微珠的方法

说明书

技术领域

本公开涉及形成无机陶瓷纤维和微珠的方法。

背景技术

一些无机陶瓷组合物由于工作温度、相对陡的粘度分布、或无机氧化陶瓷熔体的结晶行为实际上不能利用传统的纤维形成技术而拉成纤维。尽管一些技术可用于尝试从这些无机陶瓷组合物来形成纤维，但是由于工作温度、相对陡的粘度分布、和/或无机氧化陶瓷熔体的结晶行为很可能会使上述技术遇到一种或多种处理障碍。例如，离开坩埚的无机陶瓷组合物的喷流的液体剪切和纤维化很可能通过将高速流体(如，高速空气喷射)喷吹或喷射到喷流上而实现。另一种可能的技术可用来尝试使无机氧化陶瓷熔体在坩埚内或在坩埚孔口上充分过冷，以便达到纤维形成的粘度，并随后尝试利用传统的纤维拉伸技术来拉伸熔体。在又一种可能的技术中，无机组合物的喷流可通过在给定的无机陶瓷组合物的喷流周围形成外鞘(如，碳鞘)而被潜在地稳定，以便充分稳定喷流，从而喷流可以利用传统的纤维拉伸工艺而形成为纤维。但是，如上所述，这些可能的纤维形成技术由于工作温度、相对陡的粘度分布、和/或无机氧化陶瓷熔体的结晶行为很可能会失败。

另外，同样由于工作温度、相对陡的粘度分布、和/或无机氧化陶瓷熔体的结晶行为难以利用传统的微珠形成技术来从一些无机组合物形成微珠。

现有技术需要制备采用传统的纤维拉伸工艺不能被拉伸的陶瓷纤维的方法。此外，现有技术需要制备采用传统的微珠形成工艺不能形成的陶瓷微珠的方法。

发明内容

本发明涉及陶瓷纤维和微珠，以及制备所述陶瓷纤维和微珠的方法。本发明所公开的方法特别适于从下述组合物来制备陶瓷纤维和微珠：(i)不能利用传统的纤维拉伸技术而拉成纤维，或(ii)不能利用传统的微珠形成技术而形成微珠。本发明所公开的方法可用来从组合物来形成各种陶瓷纤维和微珠，所述组合物包括一种或多种金属氧化物、一种或多种稀土金属氧化物以及它们的组合。

在一个示例性实施例中，制备陶瓷纤维的方法包括将熔化的无机材料喷射到具有旋转轴的可旋转构件的外表面上，喷射步骤在外表面形成一个或多个含有熔化的无机材料的过冷液体坑；并且沿着旋转轴旋转可旋转构件，以向位于外表面的过冷液体提供离心力，以便从外表面分离过冷液体的至少一部分并从分离的过冷液体形成陶瓷纤维。随着过冷液体的一部分从可旋转构件的上表面分离，分离部分从给定的过冷液体坑拉出另外的过冷液体，并将该另外的过冷液体在可旋转构件的外表面上定向/拉伸为陶瓷纤维。一个或多个地形特征可以沿可旋转构件的外表面而设置，其中上述一个或多个地形特征允许沿着可旋转构件的外表面形成一个或多个过冷液体坑。在此示例性方法中形成的陶瓷纤维可以被进一步加工，例如热处理，以改变陶瓷纤维的性质(如，形成多晶结构)。

在另一个示例性实施例中，制备陶瓷纤维的方法包括在具有旋转轴的可旋转构件的外表面上形成一个或多个含有熔化的无机材料的过冷液体坑；以及沿着旋转轴旋转可旋转构件，以从外表面离心分离过冷液体的至少一部分，以便从分离的过冷液体形成陶瓷纤维。这个制备陶瓷纤维的示例性方法可进一步包括将无机材料加热到无机材料的液相线温度之上的熔融温度，以形成均质熔化的无机材料；将均质熔化的无机材料的料流从孔口喷射到外表面上，以形成一个或多个过冷无机材料坑；以及在纤维形成之后，可选地热处理陶瓷纤维以形成多晶纤维。在一些示例性实施例中，旋转轴延伸穿过可旋转构件的外表面，并且可旋转构件的外表面是可旋转构件的上表面。

在又一个示例性实施例中，制备陶瓷纤维的方法包括提供具有外表面和旋转轴的可旋转构件；在旋转可旋转构件的同时，将熔化的无机材料通过孔口喷射到可旋转构件的外表面上，所述熔化的无机材料具有无机材料的液相线温度之上的熔融温度；在外表面形成一个或多个含有无机材料的过冷液体坑，其中各坑的至少一部分是过冷液体，但未被完全固化；以及由于外表面的旋转将剪切力提供给过冷液体，以便将过冷液体的至少一部分拉伸为陶瓷纤维。

本发明还涉及制备陶瓷微珠的方法。在一个示例性实施例中，制备陶瓷微珠的方法包括在具有旋转轴的可旋转构件的外表面上形成一个或多个含有熔化的无机材料的过冷液体坑；沿着旋转轴旋转可旋转构件，以从粘附到外表面的固化的过冷液体的剩余部分离心分离过冷液体的至少一部分；以及将可旋转构件保持在引起过冷液体的分离部分沿着外表面滚动的旋转速率，从而从分离的过冷液体形成一个或多个陶瓷微珠。

本发明甚至还涉及由本文所公开的方法形成的陶瓷纤维和微珠。陶瓷纤维和微珠可用于各种应用，其包括(但不限于)：绝缘材料、传感和耦合应用、增强材料、及高温应用。