[发明专利]一种用玻璃和陶瓷的混合物涂覆金属坩埚部件的方法

说明书

技术领域

本发明的目的是提供一种涂覆金属坩埚的方法，以及这样的坩埚部件。

本发明的方法特别是为用于玻璃化方法的坩埚设计的，所述玻璃化方法对坩埚内的负载物进行高温感应加热，其中坩埚是被冷却的。这样的坩埚用于从氧化物精制玻璃、在熔融玻璃浴中焚烧低度和中度活性的核有机废弃物，以及将具有高、中和低度活性的核废弃物或者核废液玻璃化。所述坩埚放置在耐火混凝土底部上，并设置在由其中有高频电流流动的感应器产生的磁场中，从而在坩埚负载物中产生热量。坩埚的圆柱状壁，有利的为金属，由于其包含的熔融负载物将会经受显著的加热并且由于其所承受的感应电流而经受放射(evolvements)。这就是为什么冷却回路被设置在坩埚壁上。然而，壁中感应的电流需要进行限制，不仅是为了减少受热，同时也为了增加感应器和坩埚内含物之间的直接的电磁耦合。壁由通过垂直部件的横向面以桶的狭板的方式装配的垂直部件的组件，和每对相邻部件之间的电绝缘器组成。该电绝缘器通常为云母。坩埚的部件通常在感应器之上的较高的部分彼此焊接来组装，或者通过螺纹将它们连接到上凸缘上；它们还可以通过箍保持在用橡胶或环氧树脂浸渍的玻璃纤维的外圆周上。

背景技术

文献FR-A-2835601教导了在坩埚表面的至少一部分，例如部件的内壁和侧壁上沉积陶瓷涂层以加强电绝缘保护。陶瓷是具有晶体结构的难熔组分，其在高于金属坩埚的熔化温度熔化。在绝大部分情况下即使在高温和通常强腐蚀气氛的恶劣的条件下，坩埚的运行状态也是令人满意的。然而在特定环境下实施该方法存在困难。当玻璃浴的表面存在大量液体(酸、水、液体废弃物)的情形下，它是显著的，例如在液体废水被载入进行玻璃化处理之前，部件的冷却通常确保了对与坩埚壁接触的负载的加固层的防护，其不仅比负载的残留物温度要低，而且也降低了腐蚀性。此时陶瓷涂层一经制造就是多孔的，并且经受热冲击就产生裂缝或者甚至温度裂纹。该孔隙率使得玻璃化过程中产生的气体和特别是玻璃上偶尔存在的大容积的液体渗透到陶瓷层，一方面造成陶瓷层电刚性(electric rigidity)的减弱，另一方面可能造成涂覆的基体的腐蚀。陶瓷层可能甚至会剥落直到消失。

增加陶瓷层的厚度可以增加其开孔孔隙率和介电刚度，但是在此不适用，因为负载和冷却部件之间高的温度梯度和相应的热膨胀差异，尤其是在沿着部件的垂直方向，其将会破坏厚的陶瓷层。

人们对由玻璃和陶瓷的混合物代替纯陶瓷组成的涂层也逐渐产生了兴趣。期望利用低熔点玻璃填充陶瓷的孔隙，从而在处理过程中降低陶瓷的孔隙率，或者甚至通过随后的局部退火处理利用玻璃的粘性进一步降低孔隙率；同时也期望从玻璃比陶瓷更高的膨胀系数中受益，以使涂层的总膨胀系数与基体的较高的膨胀系数接近。

经发明人证实，在本发明之前的研究已证明降低孔隙率的目标是难以实现的。

而且对于陶瓷基体，Manfredini的著作(《Glass-alumina composite coatings by plasma spraying，Part I：microstructural and mechanical characterization》，Surface & Coating Technology[2005])已经证明，理论上1000℃的热处理通过玻璃的渗透将使得涂层的构造重新排列，玻璃实际上变得粘滞而对涂层的孔隙率和机械强度没有任何效果，可能还会变得有害。原因可能是陶瓷(氧化铝)的相变，相变从亚稳γ相经过亚稳中间体δ和K状态到稳定的α相引起收缩，并且气泡的膨胀被限制在涂层中。除了大约80％氧化铝和大约20％玻璃的内含物外，也注意到涂层机械强度的降低。

应用该热处理方法在不锈钢基体表面沉积相同涂层同样也可能具有其他的有害效果，正如发明人注意到的，例如由于与玻璃的氧化还原反应使得基体被氧化，基体表面的铁被氧化同时由于玻璃的一些氧化物的还原而分解，从而对涂层的粘结力和强度造成灾难性的后果。