[发明专利]具有低热膨胀系数的泡沫玻璃及相关方法

说明书

 

优先权声明

本PCT国际申请要求于2010年7月19日提交的美国临时专利申请号为61/365,562的申请的优先权的权益，其所涉及的内容通过引用而全部并入本文中。

 

发明的技术领域

本发明涉及泡沫玻璃及相关方法。具体地，本发明涉及具有低热膨胀系数的泡沫玻璃及相关方法。

 

背景技术

玻璃是一种熔合的无机产品，其在没有结晶的情况下被冷却至刚性状态。最常见的玻璃为硅酸盐玻璃。硅酸盐玻璃的基本结构单元为四个氧原子四面体结构地围绕硅原子。类似于结晶硅酸盐，根据玻璃组合物中的氧-硅比例硅酸盐玻璃中的SiO₄四面体可以呈现不同的构型。

某些玻璃为天然生成的，例如像珍珠岩，浮岩，黑曜岩，松脂岩，火山灰，和白砂。其它的玻璃、例如钠钙玻璃可以合成制备。例如，钠钙玻璃可以通过在熔炉中熔融包含硅氧化物（例如SiO₂）、铝氧化物（例如氧化铝（Al₂O₃））、钙氧化物（例如CaO）、钠氧化物（例如Na₂O），并且有时包含镓氧化物（例如K₂O）或锂氧化物（例如Li₂O）的原料批料，并且随后令所获得的熔体冷却以生成无定形制品来制备。玻璃可以制成多种不同的形状，包括片或板，铸造形状，或纤维。主要种类的玻璃的制造方法之前已有所记载（例如Scholes, Modern Glass Practice, 第七版，C. Greene, Boston, MA, CBI Publishing Company, Inc., 1974）。

矿渣棉，岩石棉和矿棉是所制造纤维的通称，其中，纤维形成物质可以是矿渣、某些岩石或玻璃（Kujawa, Industrial Minerals and Rocks, 第五版, Littleton, Colo.: Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, Inc., pp. 199-201 , 1983）。泡沫玻璃为一种具有大量的密封小微孔的轻质玻璃材料。基础玻璃组合物可以是类似于典型的窗玻璃，其典型地例如包含70-73的SiO₂、1-3%的Al₂O₃、0.1-0.5%的Fe₂O₃、13-15%的Na₂O、0-2%的K₂O、5-7%的CaO和3-5%的MgO（以重量计）。

几种技术被用于制备泡沫玻璃。例如，通过从硼硅酸盐玻璃中浸出硼酸盐相，就可以获得具有非常细的孔（例如10至25?）的富硅相（例如参见Elmer，美国专利US3,592,619）。通过浸出液而被困在细孔中的水分会导致所述细孔在例如1,300℃-1,425℃下闪火加热(flash firing)该浸出的玻璃之后而膨胀。多孔玻璃颗粒的发泡和烧结通常可以同时发生。或者，发泡玻璃也可以通过将空气或其它气体吹入熔融玻璃中并使熔融玻璃冷却，并将气泡或微孔(cell)l困在固化的玻璃中而制得。然而，这些产品会具有在烟囱衬壁和结构应用中是不期望的结构特性，例如低抗压强度、低耐磨损性、和低的尺寸稳定性。

此外，可能会需要提供具有热稳定性和低密度的陶瓷材料。例如，可能会需要提供具有低热膨胀系数的泡沫玻璃。这样的泡沫玻璃例如对于烟囱衬壁，管道系统，洗涤器的入口和出口以及用于FGD（烟气脱硫）应用的烟筒来说是所需要的。由于高热膨胀系数，常规的玻璃瓦板通常在烟囱和烟筒内的快速温度变化过程中不能够快速地吸收和均匀地分布热量。所述的快速温度变化可能会导致烟囱衬壁瓦板在内部的温度变化相对于瓦板的外部过快，从而导致不均匀的膨胀，其反过来导致烟道瓦筒破裂和分裂。

因此，就需要提供更加热稳定的泡沫玻璃，其具有例如低热膨胀系数（CTE）、低密度、尺寸稳定性、耐磨损和耐化学性、和/或高抗压强度的特性。

 

发明概述

在下文的说明中，特定的方面和实施方式将会变得显而易见。应当理解所述的方面和实施方式将具有它们最为广泛的含义，其可以在不具有这些方面和实施方式的一个或多个特征的情况下实施。因此，应当理解这些方面和实施方式仅为示例性的。