[发明专利]锆石部件

说明书

披露领域

本披露总体上是针对一种锆石部件以及形成和使用锆石部件的方法。

背景

锆石材料被用于各种各样的工业应用中，其中一些利用锆石所具有的高耐腐蚀性能。一个这样的应用是在玻璃熔炉中，其中锆石也显示了所希望的的玻璃接触品质。然而，工业仍然需要对用于玻璃熔体应用的材料的进一步发展。

概述

根据一个实施例，一个部件包括一个含有锆石晶粒的本体，该本体具有一个外部和一个内部。另外，该本体具有在这些锆石晶粒之间的一个晶界相，该晶界相包括氧化硅，其中SO_OP<0.5SO_IP，SO_IP是在距外表面5000微米深位置测量的位于该内部内的游离氧化硅相的重量百分数，SO_OP是在距外表面100微米深位置测量的位于该外部内的游离氧化硅相的重量百分数。

该部件在该外部可以具有减小的氧化硅相含量，如SO_OP<0.4SO_IP、SO_OP<0.2SO_IP、SO_OP<0.1SO_IP或SO_OP<0.01SO_IP。此外，该SO_IP可以是在1.0至5.0wt%的范围内，如1.5至4.0wt%、1.75至3.5wt%，或2.0至2.8wt%。

该晶界相可以是无定形的，并且存在于该无定形相内的二氧化硅可以是以不低于80wt%的二氧化硅的量存在的。作为替代方案，存在于该晶界相内的氧化硅可以由结晶二氧化硅形成。存在于该内部的晶界相可以具有的二氧化硅含量为至少75wt%，例如至少80wt%，或至少85wt%。

该部件主要由ZrSiO₄形成，如不低于90wt%的ZrSiO₄、不低于95wt%的ZrSiO₄、不低于97wt%，或不低于98wt%。该部件可以是一种具有多个外部分的三维结构，每个在外表面处终止，并且其中对一个、多个或所有外部分进行处理，使得SO_OP<0.5SO_IP。

该部件的本体可以具有某些特性：(i)小于15%的表观孔隙率，如在0.05%至10.0%，或0.1%至10%的范围内，(ii)在3.84至4.49g/cm³的范围内的密度，如4.00至4.41g/cm³，或4.00至4.32g/cm³，(iii)在室温下的4点测试的60至190MPa的断裂模量（MOR），如100至190MPa，或(iv)其任何组合。

该部件的实际形式可以采取不同的几何形式。例如，该部件可以是处于唇缘和芯轴（例如对于Danner工艺）、衬套、出料口、管、柱塞、孔口环和搅拌器的形式。通常情况下，该部件是处于一种成形模（forming block）或隔热管（isopipe）的形式。

该部件有利地可以是一种原始材料，没有暴露于用于玻璃加工的玻璃熔体，并且从而没有玻璃渗透到源自玻璃熔体的孔隙中。

该外部可以通过对该本体进行处理以从该外部除去该晶界相中包含的至少大部分氧化硅来形成。

该晶界相可以被至少部分地从外部除去，使得该外部具有比内部分更高的孔隙率。该内部和外部内的孔隙率之间的差异可以是不低于1vol%，例如不低于2vol%、3vol%、4vol%，或不低于5vol%。外部可以被描述为‘剥蚀区’，其中富氧化硅晶界相被部分或几乎完全除去。总体来说，至少大部分的该富氧化硅晶界相被除去。

外部可以延伸到至少100微米的深度，如从外表面至少200微米、300微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米，或至少1000微米。

另一实施例被描述为一种用于处理锆石部件的方法。一种方法包括提供一种包含锆石晶粒和存在于这些锆石晶粒之间的晶界相的本体，该晶界相含有氧化硅，并且将该本体暴露于一种卤化物以沿该部件外部至少部分地除去晶界相。该卤化物可以是氟（F），并且可以通过将HF、NH₄HF₂或NH₄F中的至少一种引入水溶液中来提供。这里，HF是特别有用的。