[发明专利]具有铂族金属或者铂族金属合金涂层的耐火金属氧化物陶瓷部件

说明书

本发明涉及涂覆材料的改进，更特别的涉及铂族金属涂覆的陶瓷。

滑移浇铸和烧结的陶瓷耐火材料被广泛的用于处理侵蚀性材料例 如熔融玻璃的部件。这样的烧结陶瓷耐火材料通常是如下来制造的：任 选的在无机粘合剂的存在下形成耐火氧化物稠浆，将该浆体浇铸到模具 中并烧结所形成的浇铸件。这样的耐火材料被认为是低密度的，并且通 常表现出高到15-20％的互连的孔隙率。在化学上来说，这样的耐火材 料是一种或多种二氧化硅、氧化铝和氧化锆(尽管其它氧化物组分例如 氧化镁也可以存在)加上添加剂和杂质(其可以促进烧结)等的混合物。

我们已经示出这样的耐火材料可以通过使用热喷法用铂涂覆来给 予其另外的保护(参见EP0559330)。这种工艺已经取得了相当大的商业 成功。但是，这里存在着另外一种称作工程或高密度耐火材料和熔铸耐 火材料的耐火材料，所述工程或高密度耐火材料包括那些由细颗粒陶瓷 粉末制成的材料，该细颗粒陶瓷粉是通过捣制和静压以及流体静压来制 成的。这些材料具有与上述的低密度滑移浇铸和烧结的耐火材料非常不 同的物理和理化性能，虽然它们的化学组成可以非常近似和相关。这些 耐火材料的特征在于它们的非常高的密度和具有最多3％低互连性的孔 隙率，并表现出硬的、光滑的外表面。

在熔铸耐火材料的具体情况中，化学成分通常是使用石墨电极通过 电弧熔炼来熔融的，并浇铸到模具中或者流动到包封表面上。熔铸耐火 材料被广泛的用作炉子衬里块和通路砖并用在炉子和反应容器衬里(有 时称作“搪玻璃容器”)中，而且与低密度耐火材料相比，其通常表现出 提高的抗腐蚀或者浸蚀性。上述通常较少使用的压缩的工程耐火材料同 样具有这样的实际情况。

虽然熔铸耐火材料和压缩的工程耐火材料在极端的条件下表现出 高的使用性能，但是它们仍然倾向于被腐蚀并最终破坏。例如，在玻璃 熔炉中，即使是这些高性能的耐火材料在熔融玻璃线或以下也会遭受到 化学侵蚀。这样的组分的寿命是由温度、玻璃类型和加工的玻璃量来决 定的。因为这些耐火材料应用的重要地位，因此它们的损坏可能导致需 要部分的或者甚至完全的关闭炉子和导致生产损失。

作为熔铸和压缩耐火材料的光滑的、低孔隙率表面的结果，常常会 发现很难用保护性材料例如贵金属来令人满意的涂覆这样的材料。处理 低密度耐火材料表面的方法(例如喷铁砂、机加工、使用溶剂脱脂或者 使用无机酸蚀刻)对于提供将贵金属涂层结合到熔铸耐火材料的合适表 面来说是无效的。US4159353中提出了在用铂进行等离子体火焰喷涂之 前，沉积等离子体喷涂的陶瓷氧化物中间层对于涂覆硬的、高密度耐火 材料来说是必需的。使用这样的中间氧化物层的原因是喷铁砂或者化学 蚀刻这样的硬的致密的耐火材料都不能使其表面粗糙到足以使铂与该 耐火材料进行机械结合。熔融浇铸耐火材料另外一种特殊的性能(其使 得任何的保护性涂层的粘合性都是有问题的)是在曝露于高温时，它们 倾向于渗出玻璃相。根据我们的知识，这里还没有任何成功的、商业化 的将铂直接涂覆到熔铸耐火部件上的方法(具有或者不具有中间氧化物 涂层)。高密度等压和流体静压工程耐火材料同样具有这样的实际情况。

因此，多年来存在着对于铂涂覆的熔铸和工程耐火部件的需要，已 知的工艺是无法满足这样的需要的。本申请人在其最初的试验中同样没 有成功的实现火焰喷涂的铂涂层的均匀的和足够的粘合。

在WO02/094497中已经公开了使用能量束对某些材料例如钢、陶 瓷例如石英和氧化铝、玻璃、聚合物和复合材料的表面进行纹理化。该 文献提出将另外一种成分粘附到已处理过的工件上，但是没有考虑到使 用金属膜。在施用涂层之前进行表面纹理化还在美国专利5435889中进 行了教导，在这里底材是一种称作“陶瓷复合材料”的复合材料。该文 献明确的主要涉及到作为“陶瓷”的碳-碳复合材料。涂层被设计来保护 该碳-碳复合材料免受氧化，并因此推荐10-50微米的涂层厚度。没有描 述也没有考虑将涂层施用到金属氧化物基陶瓷上。

本发明据信不但可以应用于玻璃工业用的熔铸和工程陶瓷上，而且 可以应用于有载体的或无载体的陶瓷和玻璃上(其表现出相同的至少一 种致密的低孔隙率表面特征，向该表面喷涂金属或者类似的沉积金属膜 表现出差的粘合性)。全部这样的材料被视为本发明范围内的金属氧化 物陶瓷耐火材料。