專利名稱：有焊縫的玻璃陶瓷制品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃陶瓷制品及其制造方法。具體而言，本發(fā)明涉及具有至少一個(gè)焊縫的玻璃陶瓷制品以及制造這種制品的方法。
背景技術(shù)：
已知玻璃陶瓷產(chǎn)品可應(yīng)用于各種應(yīng)用領(lǐng)域。例如-電爐灶面(一般是很平的)；-燃?xì)庠钤蠲?，或者是平的，但為安裝燃?xì)庠疃鴰в幸恍┣锌?，或者具有三維形狀(可特別參見(jiàn)專利申請(qǐng)F(tuán)R-A-2,735,562)；-廚房器具，如平底鍋、有蓋盤、盤子等。
選擇玻璃陶瓷材料作為組成材料的主要原因如下-美觀標(biāo)準(zhǔn)。玻璃陶瓷實(shí)際上可以呈現(xiàn)各種形狀，有各種外觀，不透明或透明，還可有各種顏色；-優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度；-極佳的耐熱沖擊性。實(shí)際上可以獲得熱膨脹系數(shù)極小，甚至為零的玻璃陶瓷材料。
制造這種玻璃陶瓷產(chǎn)品的傳統(tǒng)方法通常包括以下步驟-在制造玻璃的熔爐內(nèi)熔化玻璃陶瓷的前體玻璃(或這種玻璃的前體填料)；-采用公知的制造玻璃方法對(duì)所述玻璃熔體成形；-任選的修整操作步驟(如外切割或內(nèi)切割、邊緣修整等)；-最后，進(jìn)行充分的陶瓷化熱處理，形成所需的微結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)金這些玻璃陶瓷產(chǎn)品的形狀受到其可能的成形方法是限制。
迄今主要實(shí)施的成形方法(在陶瓷化之前參見(jiàn)上面)有-滾壓，用未經(jīng)機(jī)加工的的疊制滾子進(jìn)行，能獲得平表面的板，或者用至少一個(gè)經(jīng)機(jī)加工的疊制滾子進(jìn)行，能獲得在至少一個(gè)表面有凸起和/或凹陷的板；-抽吸滾壓，能在板上形成凸起(主要參見(jiàn)專利申請(qǐng)F(tuán)R-A-2,735,562)；
-壓制，能獲得各種形狀(上述烹調(diào)器具的各種形狀)，但是受到這些應(yīng)用領(lǐng)域的限制。因此不能通過(guò)壓制來(lái)形成大尺寸和厚度小的板。
在制造玻璃陶瓷產(chǎn)品的這一背景下，根據(jù)本發(fā)明人所知，迄今在陶瓷化熱處理之前和之后沒(méi)有進(jìn)行焊接操作的。
玻璃板的焊接是一種眾所周知的方法，主要用來(lái)制造化學(xué)工業(yè)用的管形元件。將例如管(圓柱形或空心的相當(dāng)形體)、棒(直的實(shí)心產(chǎn)品)的元件預(yù)熱至接近所用玻璃的退火溫度，然后對(duì)要進(jìn)行焊接的區(qū)域進(jìn)行局部加熱，使該區(qū)域溫度達(dá)到足以使其軟化的溫度。然后，要進(jìn)行焊接的兩塊板在它們的軟化區(qū)域接觸。通常，對(duì)焊接后的板進(jìn)行退火熱處理，以除去焊接操作產(chǎn)生的應(yīng)力。
這種方法(焊接)不能應(yīng)用于玻璃陶瓷板。應(yīng)用局部加熱實(shí)際上不可避免導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)的顯著變化，例如晶粒尺寸長(zhǎng)大，形成與所需晶粒不同的晶粒等。由此產(chǎn)生外觀和/或性能(如，膨脹系數(shù))的變化，使產(chǎn)品質(zhì)量明顯變差。
這種方法(焊接)也不能事前應(yīng)用于玻璃陶瓷的玻璃前體形式的元件?？傊瑢?duì)于其可能優(yōu)點(diǎn)確實(shí)存在一定看法。
本領(lǐng)域技術(shù)人員合乎情理地?fù)?dān)憂無(wú)法控制加熱區(qū)的陶瓷化(即，形成不同顏色或乳白色外貌，其膨脹系數(shù)不同于所處理的元件的其余部分)，在焊接后冷卻期間組件的碎裂，出現(xiàn)由于組件內(nèi)不相同的膨脹系數(shù)引起的有關(guān)機(jī)械性質(zhì)不相容的局部應(yīng)力，等等。
目前，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)表明，可以掌握這樣一種制造玻璃陶瓷產(chǎn)品的方法，該方法在陶瓷化熱處理之前采用至少一個(gè)焊接操作。
美國(guó)專利No.3,279,931揭示了制成一些玻璃陶瓷制品，是相互連接有凸緣的一些玻璃板，隨后進(jìn)行陶瓷化。
美國(guó)專利No.3,661,546揭示一種制造望遠(yuǎn)鏡鏡片的坯料的方法，將可熱結(jié)晶的玻璃多面體加熱至足以將多面體的相鄰表面粘合在一起的溫度，隨后使其成核并使玻璃結(jié)晶形成一整體的熱結(jié)晶的鏡板坯料。
美國(guó)專利No.4,248,297揭示了一種制造低膨脹陶瓷材料基體的方法，該基體中包括一些縱向平行的非多孔性氣體通道。這種基體可以是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的交流換熱器。此專利揭示的方法的一個(gè)實(shí)施方式涉及連接一些玻璃管形成基體，隨后進(jìn)行熱結(jié)晶。
這些文獻(xiàn)揭示的方法都是加熱一些整個(gè)的玻璃元件如玻璃的板、多面體和管，此時(shí)將這些玻璃元件粘合形成玻璃制品前體，然后進(jìn)行陶瓷化。這種對(duì)各元件進(jìn)行整體加熱并不適當(dāng)，或在制造某些玻璃陶瓷制品時(shí)至少是不經(jīng)濟(jì)的。非常需要一種只對(duì)要結(jié)合的區(qū)域進(jìn)行局部加熱的方法。
在這樣背景下，本發(fā)明人研制出一種獨(dú)特的制造玻璃陶瓷產(chǎn)品的方法，該方法對(duì)玻璃陶瓷的前體玻璃實(shí)行至少一次焊接，只在焊接區(qū)進(jìn)行局部加熱。
這種獨(dú)特的方法特別能獲得新穎形狀的玻璃陶瓷產(chǎn)品?？傊?，采用所述方法制得的產(chǎn)品其形狀不管是否新穎，方法的新穎性在于產(chǎn)品都具有新穎制造方法的標(biāo)志在其玻璃陶瓷結(jié)構(gòu)上存在至少一個(gè)焊縫。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明第一方面，本發(fā)明涉及一種玻璃陶瓷制品，該制品的單元件結(jié)構(gòu)或多元件結(jié)構(gòu)上有至少一個(gè)焊縫。
可由單一元件(板)或至少兩個(gè)獨(dú)立元件(板)獲得該制品。因此可通過(guò)以下獲得-焊接單一元件的不同部分，通常是端部；-焊接(組合)幾個(gè)元件。
本發(fā)明制品的玻璃陶瓷結(jié)構(gòu)的特征是具有這樣的焊接標(biāo)志(“特征″”或“痕跡″)有至少一個(gè)焊縫。在這種焊縫上的玻璃陶瓷形狀不規(guī)則，和/或有不同的表面外觀。這種焊縫或多或少可以看見(jiàn)，一般對(duì)制品外觀的影響很小。此外這種焊縫體現(xiàn)著不同玻璃陶瓷之間的分隔，如，著色或不著色，著以不同顏色，或不同組成等。
環(huán)形或管形的玻璃陶瓷制品可特別稱為本發(fā)明的單元件制品。
更常見(jiàn)的是，通過(guò)組合截然不同或沒(méi)有差別的一些獨(dú)立元件制得本發(fā)明制品。因此，根據(jù)普遍的情況，本發(fā)明的玻璃陶瓷制品為至少雙部件(多部件)結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)的各部件之間有至少一個(gè)焊縫。以一個(gè)焊縫，甚至多個(gè)焊縫連接在一起的所述部件是相同或不同(主要是其組成和/或顏色方面不同)的玻璃陶瓷。
構(gòu)成本發(fā)明制品的一種或多種玻璃陶瓷較好具有β-石英和/或β-鋰輝石主晶相。多數(shù)情況是本發(fā)明的制品可由不同玻璃陶瓷的多個(gè)部件組合而成。β-石英和β-鋰輝石的結(jié)晶相由于其熱膨脹系數(shù)低被優(yōu)選。更優(yōu)選為單部件結(jié)構(gòu)或多部件結(jié)構(gòu)的制品，其玻璃陶瓷具有β-石英相或β-鋰輝石相。
本

發(fā)明內(nèi)容
中不排除具有另一種結(jié)晶相的玻璃陶瓷制品，這主要涉及尋求一種特定性能(不是低的熱膨脹系數(shù)，例如高溫穩(wěn)定性)時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供制造具有至少一個(gè)焊縫的單部件或多部件結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷制品的方法。所述方法包括-通過(guò)焊接制備單部件或多部件結(jié)構(gòu)的前體玻璃制品，-使所述前體玻璃制品陶瓷化為玻璃陶瓷制品，如果在多部件結(jié)構(gòu)中加入了各種玻璃材料，這些玻璃材料應(yīng)具有可相容的熱膨脹系數(shù)，并能在同一條件下陶瓷化，特征在于通過(guò)在焊接區(qū)局部加熱能進(jìn)行焊接。
本發(fā)明的另一些特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員由這些說(shuō)明不難理解，或按照說(shuō)明書和權(quán)利要求書所述以及附圖實(shí)施本發(fā)明，來(lái)認(rèn)識(shí)這些特征和優(yōu)點(diǎn)。
必須理解，前面的概述和下面的詳細(xì)描述僅是本發(fā)明的示例，旨在提供總的看法或框架，用以理解按其權(quán)利要求所述的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和特征。
包括的附圖提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，結(jié)合在此構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分。
附圖簡(jiǎn)述附圖中，

圖1A和1B是以90°角正在焊接的兩塊板的透視圖；圖2是通過(guò)移動(dòng)局部加熱進(jìn)行焊接的實(shí)施方式的截面圖；圖3A、4A和4B各自是制造本發(fā)明制品方法的第一步驟；圖3B所示是本發(fā)明單部件制品的透視圖；圖4C、5、6、7、8、9、10A、10B和11所示為本發(fā)明的多部件制品。
發(fā)明詳述本發(fā)明玻璃陶瓷制品的多部件結(jié)構(gòu)一般包含板、棒、管(長(zhǎng)形體，實(shí)心或空心)的這些部件和/或壓制的物體類型。這些部件焊接到相同類型部件和/或不同類型部件而結(jié)合在這樣的結(jié)構(gòu)中。因此，本發(fā)明玻璃陶瓷制品的一種至少為雙部件的結(jié)構(gòu)能夠包含-至少兩塊板如，四塊、五塊板以90°邊對(duì)邊焊接，以限定一定空間；-至少一塊板和至少一根選白上述棒/管類的物體(長(zhǎng)形體，實(shí)心或空心)例如，所述類的較短物體垂直于板的表面或者所述類的長(zhǎng)物體“橫置”在板的表面上；-至少兩根選自棒/板類的物體；
-至少一個(gè)壓制的物體和至少一根選自棒/板類的物體。
上面所列結(jié)構(gòu)并非是詳盡性的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解本發(fā)明的意義，特別是為上述“焊接”制品能提供的眾多機(jī)會(huì)。
這些制品主要用作或包括以下-馬弗爐元件4或5塊板的組件；-支撐格柵例如在燃?xì)庠钤蠲嫔嫌脕?lái)支撐平鍋的格柵，或熱處理或熱化學(xué)處理用的支撐格柵，它們由例如至少一根“長(zhǎng)”棒構(gòu)成；-灶面燃燒器蓋，例如由一塊板部分和幾根短棒組合構(gòu)成，這些短棒用來(lái)固定該組件；-有凸起的板裝有至少一個(gè)(如連續(xù)線條的)凸起的板，至少裝有有關(guān)獨(dú)立凸起的板。
如上面所述，下面將描述的本發(fā)明方法能獲得新穎的玻璃陶瓷制品，其新穎性在于其玻璃陶瓷結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)焊縫，它們?cè)谛螤钌匣蚴切碌幕虿皇切碌?。事?shí)上，本發(fā)明所述方法能獲得現(xiàn)有技術(shù)公知方法(形狀)已能制成的形狀的制品，還能獲得現(xiàn)有技術(shù)公知方法(形狀)無(wú)法想像能制成的復(fù)雜形狀的制品。所述制品是由于其形狀而新穎，一般是這些玻璃陶瓷制品，它們相對(duì)于與構(gòu)成制品的材料體積而言占據(jù)大得多的空間，和/或具有大的表面積。這種制品的特點(diǎn)以兩個(gè)比值作為參數(shù)表征R1＝遮覆體(obstruction)/體積＝外包整個(gè)產(chǎn)品的最小棱柱體的體積/構(gòu)成所述產(chǎn)品的材料的體積R2＝表面積/體積＝產(chǎn)品的整個(gè)外表面積/構(gòu)成所述產(chǎn)品的材料的體積。
本發(fā)明大多數(shù)玻璃陶瓷制品是由于其形狀而具新穎性，其特點(diǎn)以對(duì)上述定義的兩個(gè)參數(shù)的一個(gè)和/或另一個(gè)的值為表征R1≥8和/或R2≥6cm-1。
根據(jù)本發(fā)明人的了解，采用現(xiàn)有技術(shù)還不能制造出具有這樣的形狀參數(shù)的制品。
下面，將詳細(xì)描述本發(fā)明的第二目的，即，如上面所述的具有至少一個(gè)焊縫的單部件或多部件結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷制品的制造方法。上面已經(jīng)提到所述方法的特點(diǎn)是包括在陶瓷化之前的一個(gè)焊接操作，即對(duì)玻璃陶瓷的前體玻璃進(jìn)行的焊接操作。
所述方法包括-通過(guò)焊接制造單部件或多部件結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷的前體玻璃的前體制品，在多部件結(jié)構(gòu)中可用的各種玻璃具有相容的熱膨脹系數(shù)并能在同一條件下陶瓷化；-使所述前體制品陶瓷化。
本發(fā)明的制品在陶瓷化之前通過(guò)進(jìn)行至少一次焊接操作而確定其最后形狀。在玻璃陶瓷的前體玻璃上形成一個(gè)或多個(gè)焊縫。
焊接操作(還有多次焊接操作)如下進(jìn)行-在單獨(dú)一個(gè)部件上，一般是單個(gè)的玻璃陶瓷的前體玻璃因此是由所述玻璃制成的環(huán)焊管；-在至少兩個(gè)部件(如果涉及兩個(gè)以上的部件，可同時(shí)或相繼進(jìn)行)，為相同玻璃陶瓷的前體玻璃或玻璃陶瓷前體的不同玻璃。所述不同玻璃必須明顯有下列性能a)是相容的，主要在它們的熱膨脹系數(shù)方面，以便將它們焊接在一起；b)能在相同條件下陶瓷化。通過(guò)焊接制成了組件后，實(shí)際上就對(duì)所述組件進(jìn)行陶瓷化熱處理。
因此，進(jìn)行了焊接的幾種玻璃可以著了不同顏色或否，甚至是不同組成。
應(yīng)用于已焊接前體制品(有至少一個(gè)焊縫)的陶瓷化處理是適用于所述玻璃的陶瓷化的常規(guī)的陶瓷化處理。
本方法要求權(quán)利的發(fā)明性步驟毫無(wú)疑問(wèn)是其第一步驟的焊接。
已焊接的組件的結(jié)構(gòu)(前體玻璃制品的結(jié)構(gòu))中，所結(jié)合的每一部件的形狀與其原來(lái)的形狀很接近。
因此，沿共用邊焊接的兩塊玻璃板具有各自幾乎沒(méi)有改變的結(jié)構(gòu)。
結(jié)合的至少一個(gè)部件也可能發(fā)生明顯的變形。因此，最初為直的短管可能彎曲成繞另一個(gè)管的螺旋形，一個(gè)棒可能彎曲，等等。
因此，本發(fā)明方法的第一步驟即制造前體制品步驟，在進(jìn)行該步驟時(shí)可以有意地使所述前體制品的一個(gè)部件或至少一個(gè)部件發(fā)生明顯的變形。
在所述第一步驟的情況要被焊接部件的部分通過(guò)熱處理其粘度降低到足夠的值，即小于或等于其軟化點(diǎn)，以便能進(jìn)行焊接；所述熱處理要充分迅速，以防止引起陶瓷化。
進(jìn)行的焊接是一種常規(guī)焊接玻璃/玻璃焊接，但需要良好控制，防止引起陶瓷化。實(shí)際上焊接操作需要非常迅速。
操作方法要依據(jù)所述玻璃以及要焊接區(qū)域的形狀等等進(jìn)行優(yōu)化。
對(duì)要焊接的部分進(jìn)行熱處理。但不排除至少一個(gè)焊接部件的整體進(jìn)行熱處理。這一般是所述部件的尺寸問(wèn)題。
一般推薦在以下條件下進(jìn)行兩個(gè)部分的焊接將一個(gè)要進(jìn)行焊接的部分的粘度降低到小于5,000Pa·s(50,000泊)，較好小于1,000Pa·s(10,000泊)；而另一部分的粘度降低到小于或等于5×1011Pa·s(5×1012泊)。
對(duì)粘度提出的這些要求就明確決定了溫度的條件，該溫度是隨玻璃而異的。
要焊接的兩個(gè)部分一般要具有適合于它們各自尺寸的粘度。合乎邏輯的是，傾向于把與大尺寸部件組合的小尺寸部件加熱得更多一些。
實(shí)施的焊接可以是整體加熱型或移動(dòng)局部加熱型。在第一種加熱類型的情況，對(duì)整個(gè)焊接區(qū)進(jìn)行局部加熱，然后焊接在一起。在第二種加熱類型情況，進(jìn)行移動(dòng)的局部加熱，然后對(duì)局部加熱區(qū)逐區(qū)進(jìn)行焊接。
推薦的加熱條件，主要為達(dá)到上面提出的最低粘度值的加熱條件如下(對(duì)至少其中一個(gè)要焊接的部分，≤5,000Pa·s，較好＜1,000Pa·s)+推薦在小于30秒，較好小于20秒時(shí)間內(nèi)進(jìn)行整體加熱；+推薦以大于100mm/min的移動(dòng)速度，較好大于200mm/min的移動(dòng)速度進(jìn)行移動(dòng)局部加熱。
所用設(shè)備可以是適合進(jìn)行焊接操作的任何已知的類型。主要可使用燃燒器、激光器或等離子體(特別是氧燃?xì)馊紵?，可用于選自甲烷、丙烷、氫的燃?xì)?。推薦使用燃燒器和激光器，特別是燃燒器。
焊接的關(guān)鍵步驟較好先將至少一個(gè)要焊接的部分進(jìn)行預(yù)熱，使該部分的粘度先行降低。這種預(yù)熱能避免焊接組件在隨后冷卻時(shí)的碎裂。
特別推薦制備用于焊接的大尺寸各部件的要焊接的部分(至少所述部分)。
推薦實(shí)施這樣的預(yù)熱，能降低所述至少一個(gè)部分的粘度至小于1016Pa·s(1017泊)。前面已知，所述進(jìn)行焊接的部分較好的是一個(gè)粘度降低到小于5×1011Pa·s(5×1012泊)，其余部分的粘度降低到小于5,000Pa·s(50,000泊)。
焊接的關(guān)鍵步驟之后，較好進(jìn)行退火熱處理。
除了最終焊接小尺寸部件的情況外，實(shí)際上建議焊接后的組件不要任其自然冷卻(所述焊接已產(chǎn)生的應(yīng)力容易引起最終制品的破裂)。
但是，如果已焊接的部件馬上進(jìn)行陶瓷化(即所述已焊接部件迅速轉(zhuǎn)移到處于陶瓷化溫度的爐內(nèi))，這樣的退火熱處理(焊接后)完全是多余的。
因此，如果預(yù)先知道陶瓷化要較后進(jìn)行，推薦對(duì)大尺寸的部件進(jìn)行退火熱處理。進(jìn)行這樣的退火時(shí)較好要使焊縫的粘度達(dá)到至少1016Pa·s(1017泊)的值。
如上所述，本發(fā)明方法可主要依據(jù)下面兩種程序(1)程序1-任選的預(yù)熱(通常推薦進(jìn)行)，-按照需要，轉(zhuǎn)移到焊接設(shè)備，-焊接，-退火熱處理，-較后進(jìn)行的陶瓷化。
(2)程序2-任選的預(yù)熱(通常推薦進(jìn)行)，按照需要，轉(zhuǎn)移到焊接設(shè)備，-焊接，-馬上陶瓷化。
如本文中上面所述，優(yōu)選的玻璃陶瓷是β-石英和/或β鋰輝石的主要結(jié)晶相。為獲得這樣的玻璃陶瓷，實(shí)施本發(fā)明方法時(shí)，推薦部件中的一個(gè)是β-石英和/或β鋰輝結(jié)晶相的玻璃陶瓷的前體玻璃。類似地，為了獲得本文上面具體描述的制品，推薦對(duì)至少兩個(gè)板、棒、管這些部件和/或壓制的物體進(jìn)行本發(fā)明的方法。
本領(lǐng)域技術(shù)不會(huì)看不到本發(fā)明的價(jià)值。其價(jià)值可以強(qiáng)調(diào)的是能獲得在絕對(duì)意義上和相對(duì)于一些給定的前體部件意義上各種可能的形狀，還可強(qiáng)調(diào)的是開(kāi)辟了獲得不同部件的尤其是不同款式部件的玻璃陶瓷制品的可能性。
根據(jù)圖1A和1B(透視圖)，進(jìn)行整體型的焊接，是以90°焊接兩塊玻璃陶瓷前體玻璃板1和2。首先將兩個(gè)邊1′和2′(圖1A)加熱到足夠的溫度。其次(圖1B)，讓所述邊1′和2′接觸進(jìn)行焊接。虛線代表所述兩塊板1和2之間的焊縫100′。
根據(jù)圖2(截面圖)，進(jìn)行移動(dòng)局部加熱型的焊接。要進(jìn)行焊接的兩個(gè)部件即要焊接到板4的棒3用燃燒器5逐次加熱并焊接。是所述燃燒器5一段段地進(jìn)行焊接。
圖3B所示為環(huán)形單部件結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷制品10透視圖。它通過(guò)對(duì)是玻璃陶瓷前體玻璃的棒10”進(jìn)行加熱、彎曲、焊接(整體加熱型)(圖3A)，然后陶瓷化制得。
圖3A中的100′是所述玻璃陶瓷前體玻璃的環(huán)10’的示意性焊接標(biāo)記；圖3B中的100是所述玻璃陶瓷前體玻璃的環(huán)10的示意性焊接標(biāo)記。
圖4A中，所示為要結(jié)合的元件-盤22″(壓制的)，和-棒元件21″。
這個(gè)盤22″和這些棒元件21″為玻璃陶瓷的前體玻璃。
它們按照本發(fā)明進(jìn)行焊接(整體焊接)，形成燃燒器蓋的前體20′(圖4B)。棒元件21′通過(guò)焊縫100′與盤22′組合到一起。
該前體20′然后進(jìn)行陶瓷化。將圖4B顛倒過(guò)來(lái)(供使用)，圖4C所示為最終的玻璃陶瓷制品20。虛線表示棒元件21和盤22之間的焊縫100，所述棒和盤構(gòu)成所述最終的制品20的各個(gè)元件。
在圖5至9中，所示為通過(guò)下面步驟能制成的本發(fā)明制品-對(duì)玻璃陶瓷前體玻璃形式的元件進(jìn)行焊接(整體加熱型焊接)，-對(duì)所得組件進(jìn)行陶瓷化。
例如，在圖5中，所示為適合用來(lái)支撐平底鍋的燃燒器蓋30。所述燃燒器蓋30由四個(gè)彎曲棒3和一個(gè)圓盤32(由玻璃陶瓷前體玻璃平板切割成的前體元件)構(gòu)成。所述棒31和圓盤32通過(guò)焊縫100連接。
圖6中，所示為(本發(fā)明的一種制品，主要用作)一個(gè)餐臺(tái)墊40。這種餐臺(tái)墊40由板和棒制成。每個(gè)棒進(jìn)行加熱、成形，焊接在該板的兩個(gè)位置上，構(gòu)成把手。進(jìn)行整體陶瓷化。所述餐臺(tái)墊40有兩個(gè)通過(guò)焊縫100連接到板42的兩個(gè)把手41。
圖7中，所示為格柵50，主要用作烹飪格柵。這種格柵50由是玻璃陶瓷的前體玻璃的棒制成。首先通過(guò)加熱、成形和焊接制成框架51的前體，然后固定上十字架52的兩根前體棒。然后整體進(jìn)行陶瓷化。圖中的虛線象其它圖中一樣表示焊縫100。
圖8中，所示為同類型的更加復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制品60。對(duì)各個(gè)玻璃棒進(jìn)行加熱、成形和焊接獲得這樣的結(jié)構(gòu)。然后整體進(jìn)行陶瓷化。虛線表示各組成棒61之間的焊縫100。這樣的結(jié)構(gòu)有利于用作熱處理/熱化學(xué)處理的支架。
制品50和60是同一類型的本發(fā)明制品，通過(guò)對(duì)棒加熱、成形和組合，然后陶瓷化制造。
為獲得圖9中的制品70(可用于馬弗爐)，組合五塊玻璃陶瓷的前體玻璃板(采用邊對(duì)邊90°焊接)，對(duì)獲得的組件進(jìn)行陶瓷化。在由五塊板71構(gòu)成的多面體的所有邊緣上形成焊縫100。
在圖10A和10B中，所示分別為由板82和棒81構(gòu)成的本發(fā)明雙部件制品的透視圖和截面圖。所述呈“U”形的棒81(粘結(jié)時(shí)成形)平放在所述板82上。這兩個(gè)元件均為玻璃陶瓷前體玻璃狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行加熱，然后通過(guò)移動(dòng)局部加熱進(jìn)行焊接。虛線表示焊縫100(連續(xù)形成)。
在最終的制品上，棒81可僅因?yàn)槊烙^或?yàn)槊烙^和實(shí)用的原因存在。因此，如果是爐灶面的情況，所述棒可用來(lái)區(qū)分出兩個(gè)區(qū)域烹飪區(qū)和操縱作用區(qū)。若劃出烹飪區(qū)是閉合的，所述棒有利地構(gòu)成一個(gè)防溢出用的屏障。
圖11中，所示也是本發(fā)明的一個(gè)雙部件結(jié)構(gòu)的制品90。所述雙部件結(jié)構(gòu)包括一個(gè)大直徑管子92以及繞該大直徑管子(通過(guò)焊接連接在一起)的小直徑螺旋彎管91。
本發(fā)明這種制品90可以用作熱交換器。
該制品由玻璃陶瓷的兩根前體玻璃管制成。加熱并成形的小直徑管通過(guò)移動(dòng)局部加熱焊接在大直徑管周圍。然后整體進(jìn)行陶瓷化。
在該玻璃陶瓷制品中，虛線表示焊縫100(連續(xù)形成)。
在各附圖中所示的本發(fā)明制品由比值R1和R2來(lái)表征，它們已在本文中前面下了定義。
圖3B、5、6(考慮到把手41形狀)、7、8和9的制品呈現(xiàn)新穎的形狀，其表征比值是R1≥8和/或R2≥6cm-1。
圖4C的制品也可以說(shuō)是新穎形狀，隨棒21的形狀而變。
由下面的一些實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的制品和方法。
使用作為玻璃陶瓷前體的一種玻璃。
所述玻璃具有以下以氧化物重量百分?jǐn)?shù)表示的組成


已知這種玻璃能產(chǎn)生熱膨脹系數(shù)非常接近零的玻璃陶瓷，即具有優(yōu)良耐熱沖擊性的玻璃陶瓷，因此特別適合作為爐灶面、防火門等的組成材料。
在下面一些實(shí)施例中進(jìn)行的陶瓷化材料(推薦的)如下-以60℃/min的速度升溫至675℃(成核溫度)；-在20分鐘內(nèi)，從675℃升溫至790℃通過(guò)成核范圍；-20分鐘內(nèi)，升溫至結(jié)晶溫度(930℃)；-在所述結(jié)晶溫度(930℃)保持12分鐘；-迅速冷卻至升溫。
使用兩種具有上述重量組成的玻璃的前體制品-兩個(gè)平板(厚度4mm，長(zhǎng)度×寬度150×70mm)，-圓柱形(實(shí)心)棒(直徑5mm)。
實(shí)施例實(shí)施例1玻璃陶瓷制品焊接在玻璃陶瓷板上的玻璃陶瓷棒首先，將4mm厚(見(jiàn)上面)的平板預(yù)熱到650℃(其粘度達(dá)到約4×1013Pa·s(4×1014泊))，然后放置在一適當(dāng)支架上。
用氧甲烷燃燒器來(lái)局部加熱直徑5mm的棒，燃燒器靠近平板上要焊接的所述棒的區(qū)域，使得-所述棒局部加熱到約1,350℃(則其粘度約為600Pa·s(6,000泊))，-所述板進(jìn)行另外的局部加熱，使其要焊接上所述棒的區(qū)域的溫度達(dá)到約800℃(即其粘度約為109Pa·s(1010泊))。
將軟化的棒(η≈6,000泊)放置并焊接在所述平板上，此時(shí)以1,000mm/分鐘的速度接觸(燃燒器)的溫度。
將所述棒焊接(移動(dòng)局部加熱)了300mm長(zhǎng)度后，將該雙部件組件放在600℃(相應(yīng)于玻璃粘度約為1016Pa·s(1017泊)時(shí)溫度)的爐子內(nèi)。該組件在此溫度條件的爐內(nèi)保持30分鐘(退火熱處理)。然后緩慢冷卻。
然后，對(duì)制得的雙部件組件進(jìn)行推薦的陶瓷化處理。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，焊接好的組件可立即進(jìn)行陶瓷化處理(不進(jìn)行退火熱處理和冷卻步驟)。
制得的玻璃陶瓷制品是圖10A和10B所示的類型。
實(shí)施例2玻璃陶瓷制品邊對(duì)邊(以90°)焊接的兩塊玻璃陶瓷板首先，將上面所述類型的兩塊平板(為玻璃陶瓷的前體玻璃，其組成為上面標(biāo)出的重量組成，具有上面標(biāo)出的尺寸)預(yù)熱至約650℃(使它們的粘度約為4×1013Pa·s(4×1014泊))。然后，將兩塊平板轉(zhuǎn)移到一適當(dāng)?shù)闹Ъ苌?，使它們的兩個(gè)邊(長(zhǎng)70mm)相互非?？拷缓?，將這兩塊平板放置互成90°。
用氧甲烷線性燃燒器加熱這兩個(gè)邊至約1,400℃(使它們的粘度降低至約400Pa·s(4,000泊))，僅保持12秒。然后使這兩個(gè)邊接觸并保持10秒時(shí)間。這兩塊板就90°結(jié)合(焊接)了。
將已焊接的組件(如圖1B所示)放在600℃(該溫度大約相應(yīng)于玻璃粘度為1016Pa·s(1017泊)溫度)的爐內(nèi)。所述組件在所述爐內(nèi)在此溫度保持30分鐘(退火熱處理)。
然后，所述組件緩慢冷卻，最后進(jìn)行推薦的陶瓷化處理。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，已焊接的組件立即進(jìn)行陶瓷化處理(不進(jìn)行退火熱處理和冷卻步驟)。
由此制成的雙部件組件在機(jī)械強(qiáng)度和熱沖擊試驗(yàn)中，顯示焊接區(qū)中沒(méi)有薄弱部位。
在不偏離本發(fā)明范圍和精神下所做的各種修改和變動(dòng)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明將包括在權(quán)利要求書和其等價(jià)物內(nèi)容之內(nèi)對(duì)本發(fā)明的修改和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種制造玻璃陶瓷制品的方法，包括以下步驟-通過(guò)焊接制備單部件或多部件結(jié)構(gòu)的前體玻璃制品，-使所述前體玻璃制品陶瓷化成為玻璃陶瓷制品，其中，如果在多部件結(jié)構(gòu)中加入各種玻璃材料，這些玻璃材料具有相容的熱膨脹系數(shù)，并能在同一條件下陶瓷化，其特征在于，能通過(guò)在焊接區(qū)局部加熱來(lái)進(jìn)行焊接。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，制造所述前體制品(10′)時(shí)，其單一部件(10″)或至少一個(gè)部件發(fā)生明顯的變形。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，各部件要焊接的部分通過(guò)熱處理其粘度降低至小于或等于其軟化點(diǎn)時(shí)粘度的足夠值，以便實(shí)施焊接；所述熱處理要足夠迅速，以防止引起陶瓷化。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，要焊接諸部分中一個(gè)部分的粘度降低至小于5,000Pa·s(50,000泊)，較好降低至小于1,000Pa·s(10,000泊)，而其余要焊接部分的粘度降低至小于或等于5×1011Pa·s(5×1012泊)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述焊接是在焊接時(shí)對(duì)整個(gè)焊接區(qū)進(jìn)行小于30秒，較好小于20秒時(shí)間的整體局部加熱。
6.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述焊接是以大于100mm/min，較好大于200mm/min的接觸速度進(jìn)行移動(dòng)局部加熱型焊接。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述焊接用燃燒器(5)或激光器進(jìn)行。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法包括在進(jìn)行焊接之前，對(duì)至少一個(gè)要焊接的部分進(jìn)行預(yù)熱，降低該要結(jié)合部分的粘度。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，玻璃陶瓷的一種或多種前體玻璃是β-石英和/或β-鋰輝石主要結(jié)晶相的玻璃陶瓷前體。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，是焊接至少兩塊板(1，2)、棒(21″)，管和/或壓制物體(22)這些部件來(lái)制得前體制品。
11.采用權(quán)利要求1的方法制得的玻璃陶瓷制品(10、20、30、40、50、60、70、80、90)，它們的單部件或多部件結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)焊縫(100)。
12.如權(quán)利要求11所述的玻璃陶瓷制品(20、30、40、50、60、70、80、90)，它們的至少雙部件結(jié)構(gòu)在所述結(jié)構(gòu)為相同或不同玻璃陶瓷的至少兩個(gè)部件(21、22，31、32，41、42，51、52，61、71，81、82，91、92)之間有至少一個(gè)焊縫(100)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的玻璃陶瓷制品(10、20、30、40、50、60、70、80、90)，其組成玻璃陶瓷具有β-石英和/或β-鋰輝石主要結(jié)晶相。
14.如權(quán)利要求12或13所述的玻璃陶瓷制品(20、30、40、50、60、70、80、90)，所述制品的至少一個(gè)雙部件結(jié)構(gòu)包含板(42、82)，棒(21、31、41、51、52、61、81)，管(91、92)和/或壓制物體(22)這些部件。
15.如權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)所述的玻璃陶瓷制品(20、30、40、50、60、70、80、90)，所述制品的至少一個(gè)雙部件結(jié)構(gòu)包含-至少兩塊板(71)，-至少一塊板(42、82)和至少一根選自棒(41、81)/管類的物體，-至少兩個(gè)來(lái)自棒(51、52、61)/管(91、92)類的物體，或-至少一個(gè)壓制物體(22)和至少一根選自棒(21)/管類的物體。
16.如權(quán)利要求12-15中任一項(xiàng)所述的玻璃陶瓷制品(20、30、50、70、80)，它是以下一種制品-馬弗爐元件(70)，-支架格柵(50)，-爐灶面燃燒器蓋(20、30)，-有凸起(80)的板。
17.如權(quán)利要求12-16中任一項(xiàng)所述的玻璃陶瓷制品(10、30、40、50、60、70)，其結(jié)構(gòu)的特征是以下面標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)和/或另一個(gè)來(lái)表征-比值遮覆體/體積≥8-比值表面積/體積≥6cm-1。
全文摘要
公開(kāi)一種具有至少一個(gè)焊縫(100)的單部件或多部件玻璃陶瓷制品(10、20、30、40、50、60、70、80、90)，以及制造所述制品(10、20、30、40、50、60、70、80、90)的方法，該方法包括進(jìn)行至少一次焊接。本發(fā)明的關(guān)鍵是掌握玻璃陶瓷的前體玻璃的焊接方法。
文檔編號(hào)C03B23/00GK1823018SQ200480020287
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2004年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月15日
發(fā)明者A·M·弗雷德霍姆, C·吉勒 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司