專利名稱：SiC加熱芯棒的精制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過表面精制來提高SiC加熱芯棒質(zhì)量的方法。
在主要使用溫度下經(jīng)一定時(shí)間之后，因?yàn)镾iC加熱芯棒的主要組分-SiC被氧化為SiO2(α-尖晶石)，并因此提高加熱芯棒的電阻，所以不能再使用該SiC加熱芯棒。
SiC加熱芯棒的質(zhì)量由在主要使用溫度下芯棒可以使用的時(shí)間長短來決定。為了制備質(zhì)量好的SiC加熱芯棒，提高SiC的純度至98％以上，并且研制出具有最低孔隙率的密實(shí)SiC加熱芯棒的制備方法。
同樣研制出一種表面精制方法以保護(hù)芯棒表面。
目前已研制出的表面精制方法可以如下分為二個(gè)步驟。
第一步驟是浸漬方法，該方法在于，通過酸如磷酸或硼酸、乙酸鋁或根據(jù)JP-56-52869(A)的膠體溶液來浸漬SiC加熱芯棒的孔隙，然后熱處理SiC加熱芯棒，從而減少孔隙率和透氣率。
第二步驟是掩蓋方法。該方法在于，通過僅在加熱芯棒的表面涂覆耐高溫的化合物例如氧化物、釉、玻璃(US-PS 2,993,814)或MoSi2和MoSi2的化合物(US-PS3,252,827、US-PS3,189,477)來降低SiC加熱芯棒的孔隙率和透氣率。
通常，該方法的共性在于，由耐高溫性的化合物和玻璃粉末制備懸浮液作為二氧化硅-氧化鋁體系，并且以各種不同的方法將該懸浮液涂覆在SiC加熱芯棒的表面上，然后熱處理該加熱芯棒。
在該方法中，不太考慮SiC顆粒之間接觸面和SiC顆粒界面的保護(hù)問題。此外，在選擇氧化保護(hù)劑時(shí)，同樣不太重視與SiC和氧化保護(hù)劑之間的相互作用、反應(yīng)性能和在芯棒表面上連續(xù)成膜性有關(guān)的問題。
基于這些理由，迄今已研制出的精制方法的效果不是非常顯著的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種精制SiC加熱芯棒的方法，借助于該方法可以提高SiC加熱芯棒的壽命。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的-在基本上穩(wěn)定的溫度下，在一段長的時(shí)間內(nèi)，通過無機(jī)酸或無機(jī)混合酸進(jìn)行SiC加熱芯棒的酸性處理；一隨后用水洗滌SiC加熱芯棒，干燥，接著在升溫下用鹽酸處理；-使用由主要組分是Si(OC2H5)4的硅氧烷化合物和氧化保護(hù)劑組成的溶膠溶液多次浸漬SiC加熱芯棒，并干燥，直至不再吸收溶膠溶液，其中硅氧烷化合物由Si(OC2H5)4、C2H5OH、蒸餾水和HCl組成，氧化保護(hù)劑由通過Si(OC2H5)4水解制備的SiO2、Al2O3和/或ZrO2組成，和-在高于1000℃的溫度下，短時(shí)地?zé)崽幚鞸iC加熱芯棒。
本發(fā)明的目的同樣可以通過使用無機(jī)酸或混合酸進(jìn)行SiC加熱芯棒的酸性處理，然后進(jìn)行氧化保護(hù)來解決。在SiC加熱芯棒中一般存在各種不同的雜質(zhì)，并且它們不完全形成SiC晶體。因此，根據(jù)SiC加熱芯棒中的雜質(zhì)種類和含量和其分布性能使用特殊的無機(jī)酸或無機(jī)混合酸處理加熱芯棒。
接著，用水洗滌，然后干燥。緊接著，制備上述由Si(OC2H5)4-H2O-C2H5OH-HCl體系組成的硅氧烷化合物的溶膠溶液，這里其主要成分是Si(OC2H5)4。然后，制備用于形成微晶玻璃的溶膠溶液。
該溶膠溶液的特征在于，由硅氧烷化合物的溶膠溶液和ZrOCl2*8H2O-C2H5OH,Al(NO3)3*9H2O(或者AlCl3*6H2O)-ZrOCl2*8H2O-C2H5OH體系制備-SiO2-ZrO2體系(SiO2:32～88質(zhì)量％,ZrO2:12～68質(zhì)量％)，或者-SiO2-Al2O3體系(SiO2:25～85質(zhì)量％,Al2O3:15～75質(zhì)量％)，或者-SiO2-Al2O3-ZrO2體系(SiO2:30～86質(zhì)量％,Al2O3:9～45質(zhì)量％,ZrO2:5～25質(zhì)量％)。
然后，以各種不同的方式用該溶膠溶液浸漬加熱芯棒。
無機(jī)混合酸優(yōu)選由10～30％的氫氟酸，60～80％的硝酸和70～90％的硫酸組成，這里在約40℃下，使用該混合酸溶液進(jìn)行處理4小時(shí)。
在本發(fā)明的又一方案中，在鹽酸濃度在5％～25％之間時(shí)，進(jìn)行SiC加熱芯棒的鹽酸處理。該處理的持續(xù)時(shí)間是約4小時(shí)，并在40～60℃的溫度下完成。
在鹽酸處理之后，使用PH值為6.5～7.0的純水洗滌SiC加熱芯棒，然后在干燥爐中，在100～120℃下干燥約8小時(shí)。
溶膠溶液包含作為氧化保護(hù)劑的體系-SiO2，其是通過Si(OC2H5)4水解制備的，或者-SiO2-ZrO2，其中SiO2:32～88質(zhì)量％和ZrO2:12～68質(zhì)量％，或者-SiO2-Al2O3，其中SiO2:25～85質(zhì)量％和Al2O3:15～75質(zhì)量％，或者-SiO2-Al2O3-ZrO2，其中SiO2:30～86質(zhì)量％,Al2O3:9～45質(zhì)量％,ZrO2:5～25質(zhì)量％。
因此，由-Si(OC2H5)4和-ZrOCl2*8H2O-C2H5OH制備SiO2-ZrO2體系。
由-Si(OC2H5)4和-Al(NO3)3*9H2O或者AlCl3*6H2O
制備SiO2-Al2O3體系。
由-Si(OC2H5)4和-Al(NO3)3*9H2O或者AlCl3*6H2O-ZrOCl2*8H2O制備SiO2-Al2O3-ZrO2體系。
在本發(fā)明的進(jìn)行中，在約1500～1600℃的溫度下，進(jìn)行SiC加熱芯棒的熱處理約5分鐘以使表面光滑，然后溶膠溶液轉(zhuǎn)化為無定形凝膠狀態(tài)。
為了進(jìn)行熱處理，將SiC加熱芯棒與電路接通。
通過加熱芯棒的孔隙滲透的溶膠溶液同樣覆蓋SiC顆粒的界面、SiC顆粒的接觸面、加熱芯棒的孔隙和芯棒的幾何表面。然后溶膠溶液很快轉(zhuǎn)化為無定形凝膠狀態(tài)。然后熱處理精制的SiC加熱芯棒。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)通過在SiC顆粒的界面、接觸面、加熱芯棒的孔隙和表面上形成連續(xù)的氧化保護(hù)膜來延長SiC加熱芯棒的壽命。
在主要使用溫度下，氧化保護(hù)劑本身不與SiC反應(yīng)，并且氧化保護(hù)劑的熱物理性能與SiC的性能相一致。
SiC加熱芯棒的精制過程是不復(fù)雜的，但精制效果高。
下面的實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。
SiC加熱芯棒的尺寸O18/300(350)/SHSSiC加熱芯棒的物理化學(xué)性能化學(xué)組成(質(zhì)量％)SiC: 98.33Si: 0.16SiO2: 0.00
Fe: 0.40Al2O3: 0.57CaO: 0.05MgO: 0.00孔隙率31％密度2.20g/cm2抗彎強(qiáng)度38Mpa首先在約15％的氫氟酸中處理SiC加熱芯棒。
然后，在由10～30％氫氟酸、60～80％的硝酸和70～90％硫酸組成的混合酸溶液中處理SiC加熱芯棒4小時(shí)。混合酸溶液的溫度穩(wěn)定地保持在40℃。
接著，進(jìn)行鹽酸處理，在25％、15％和5％的濃度下分別處理4小時(shí)。緊接著，用干凈水洗滌加熱芯棒至PH值為6.5～7.0，然后在100～120℃下在干燥爐中干燥8小時(shí)。
這里鹽酸溶液的溫度是40～60℃，水的溫度是60～70℃。
首先由硅氧烷化合物制備溶膠溶液。
溶膠溶液的組成Si(OC2H5)4250克C2H5OH 376克蒸餾水 235克HCl(35％)3克將250克Si(OC2H5)4和188克C2H5OH混合。然后將剩余的188克C2H5OH、235克蒸餾水和3克HCl混合。
緩慢地(約40分鐘)將后來混合的溶液拌入首先混合的由Si(OC2H5)4-C2H5OH體系所組成的溶液中。
將該混合溶液在恒溫器中在30℃下放置30～48小時(shí)，并且在這段時(shí)間中混合溶液轉(zhuǎn)化為硅氧烷化合物。
然后，將420克純化的ZrOCl2*8H2O溶解在500克的C2H5OH中。該溶液與硅氧烷制成的溶解溶液相混合。使用這樣制備的氧化保護(hù)劑浸漬SiC加熱芯棒。
通過將該溶液涂抹或噴射在芯棒表面來進(jìn)行浸漬。
然后，干燥這樣精制的SiC加熱芯棒。重復(fù)該過程3～5次，直至芯棒表面不再吸收氧化保護(hù)劑溶液。
將電流接在精制加熱芯棒的末端。
然后，在1550℃下，熱處理加熱芯棒約5分鐘。
根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISR7501(13)進(jìn)行精制SiC加熱芯棒的試驗(yàn)。
按照該試驗(yàn)方法得到的試驗(yàn)結(jié)果以電阻增長率(％)表示在精制之前6.3在精制之后2.權(quán)利要求
1．一種通過表面精制來精制SiC加熱芯棒的方法，其特征在于，-在基本上穩(wěn)定的溫度下，在一段長的時(shí)間內(nèi)，通過無機(jī)酸或無機(jī)混合酸進(jìn)行SiC加熱芯棒的酸性處理；-隨后用水洗滌SiC加熱芯棒，干燥，接著在升溫下用鹽酸處理；-使用由主要組分是Si(OC2H5)4的硅氧烷化合物和氧化保護(hù)劑組成的溶膠溶液多次浸漬SiC加熱芯棒，并干燥，直至不再吸收溶膠溶液，其中硅氧烷化合物由Si(OC2H5)4、C2H5OH、蒸餾水和HCl組成，氧化保護(hù)劑由通過Si(OC2H5)4水解制備的SiO2、Al2O3和/或ZrO2組成，和-在高于1000℃的溫度下，短時(shí)地?zé)崽幚鞸iC加熱芯棒。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，無機(jī)混合酸由10～30％的氫氟酸，60～80％的硝酸和70～90％的硫酸組成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法，其特征在于，在約40℃下，使用該混合酸溶液進(jìn)行處理4小時(shí)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在鹽酸濃度在5％～25％之間時(shí)，進(jìn)行SiC加熱芯棒的鹽酸處理，該處理的持續(xù)時(shí)間是約4小時(shí)，并在40～60℃的溫度下完成。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，在鹽酸處理之后，使用pH值為6.5～7.0的純水洗滌SiC加熱芯棒，然后在干燥爐中，在100～120℃下，干燥約8小時(shí)。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，溶膠溶液包含作為氧化保護(hù)劑的體系-SiO2-ZrO2，其中SiO2:32～88質(zhì)量％和ZrO2:12～68質(zhì)量％，或者-SiO2-Al2O3，其中SiO2:25～85質(zhì)量％和Al2O3:15～75質(zhì)量％，或者-SiO2-Al2O3-ZrO2，其中SiO2:30～86質(zhì)量％,Al2O3:9～45質(zhì)量％,ZrO2:5～25質(zhì)量％。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，由-Si(OC2H5)4和-ZrOCl2*8H2O-C2H5OH制備SiO2-ZrO2體系。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，由-Si(OC2H5)4和-Al(NO3)3*9H2O或者AlCl3*6H2O制備SiO2-Al2O3體系。
9．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，由-Si(OC2H5)4和-Al(NO3)3*9H2O或者AlCl3*6H2O-ZrOCl2*8H2O制備SiO2-Al2O3-ZrO2體系。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在約1500～1600℃的溫度下，進(jìn)行SiC加熱芯棒的熱處理約5分鐘以使表面光滑。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，為了進(jìn)行熱處理，將SiC加熱芯棒與電路接通。
12．根據(jù)權(quán)利要求1～11的方法，其特征在于，進(jìn)行SiC加熱芯棒的熱處理，然后溶膠溶液轉(zhuǎn)化為無定形的凝膠狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過表面精制來提高SiC加熱芯棒質(zhì)量的方法。本發(fā)明的目的是提供一種精制SiC加熱芯棒的方法,借助于該方法可以提高SiC加熱芯棒的壽命。本發(fā)明的特征在于,－在基本上穩(wěn)定的溫度下,在一段長的時(shí)間內(nèi),通過無機(jī)酸或無機(jī)混合酸進(jìn)行SiC加熱芯棒的酸性處理;－接著在升溫下用鹽酸處理SiC加熱芯棒,隨后用水洗滌,并干燥;－使用由主要組分是Si(OC
文檔編號C04B41/86GK1215385SQ97193596
公開日1999年4月28日 申請日期1997年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月13日
發(fā)明者?？恕つ? 金仁哲, 最金哲 申請人:海克·莫哈安, 金仁哲, 最金哲